Технології

Вчені розробили нові сонячні фасади для будівель

Фотоелектричні елементи зазвичай знаходяться на дахах будинків оскільки, саме там сонячне випромінювання є найпотужнішим. Однак, як з’ясували дослідники з CSP-центру Фраунгофера, фотоелектричні елементи на фасадах можуть бути корисним способом доповнити систему електроживлення.

Солнечные энергетические решения для фасадов

При належному проєктуванні вони можуть бути привабливим чином інтегровані і забезпечувати на 50 % більше енергії, ніж наявні типи настінних фотоелементів. Навіть бетонні стіни підходять.

Привабливі сонячні фасади

Фотоелектричні елементи знаходяться на даху — зрештою, саме там вони отримують більше сонячного світла. Але це тільки частково вірно: має сенс додатково встановлювати фотоелементи на фасади. З одного боку, вони використовують невикористовуваний простір, а з іншого, енергія, яку вони збирають, може корисно доповнити електроживлення. Проте тепер цією перевагою користується мало господарств, оскільки зазвичай сонце світить на фасад під не кращим кутом, а самі елементи, як правило, не є естетично привабливими.

У своєму проєкті SOLAR.shell дослідники з Центру кремнієвої фотовольтаїки Фраунгофера в Галле, разом з архітекторами з Лейпцизького університету прикладних наук (HTWK Leipzig), показали нове рішення. Вони представили сонячний фасад, який виправляє ці проблеми.

«Фотоелектричні елементи, вбудовані в цей фасад, забезпечують на 50% більше сонячної енергії, ніж модулі, встановлені перпендикулярно на стінах будівель», — говорить Себастьян Шиндлер, керівник проєкту Fraunhofer CSP. «Плюс фасад пропонує візуальну привабливість».

Архітектори HTWK розробили ідею і дизайн. Як окремі фотоелектричні елементи повинні бути нахилені, щоб захопити якомога більше сонячного випромінювання? Наскільки великими повинні бути модулі й скільки сонячних елементів в ідеалі вони повинні включати? Висновки команди були представлені в демонстраційній установці розміром 2х3 метри з алюмінієвих композитних панелей з дев’ятьма вбудованими сонячними модулями. Експерти Фраунгофера запропонували свій досвід, поради і допомогу.

У співпраці з HTWK Leipzig і TU Dresden дослідники CSP Фраунгофера розробили відповідні варіанти для інтеграції фотоелектричних елементів в бетонні фасади — зокрема, фасади з вуглецевого бетону, матеріалу, розробленого консорціумом з більш ніж 150 партнерів у «C3—Carbon Concrete Composite». Необхідна стабільність бетону забезпечена вуглецевими волокнами, а не сталевою арматурою.

«У CSP Фраунгофера ми проаналізували, як фотоелектричні елементи найкраще можуть бути встановлені на цих видах фасадів з вуглецевого бетону, тобто, як отримати оптимальний результат, поєднуючи цей новий бетон з виробництвом сонячної енергії», — пояснює Шиндлер.

З цією метою дослідники розробили три різні концепції та методу для вбудовування фотоелектричних елементів в фасадні секції. Сонячні модулі можуть бути включені або безпосередньо при зведенні бетонних секцій, або можуть бути нашаровані на бетонні плити або приклеєні до них. Модулі також можуть бути прикріплені до бетонних плит за допомогою шпильок, гвинтових з’єднань або інших засобів, що полегшують демонтаж для технічного обслуговування або ремонту.

«Ми змогли продемонструвати, що всі три варіанти монтажу технічно нездійсненні», — говорить Шиндлер.

Солнечные энергетические решения для фасадов

Однією з основних проблем є забезпечення сумісності методу, використовуваного для виготовлення бетонних секцій, з необхідною точністю розмірів фотоелектричних модулів. Це робиться, наприклад, шляхом заливання бетонних деталей з поглибленням, яке ідеально підходить для розміщення модуля. Таким чином, бажана орієнтація щодо сонячного випромінювання і загальний дизайн зберігаються.

«Точність розмірів повинна бути реалізована безпосередньо в конкретному розділі», — говорить Шиндлер.

Також необхідно переконатися, що фотоелектричні модулі не закріплені там, де бетон особливо тонкий або там, де розташовані вуглецеві волокна, оскільки це погіршить міцність елементів фасаду. З того часу проєкт був успішно завершений.

У рамках подальшого проєкту SOLARcon, також у співпраці з HTWK Leipzig і TU Dresden, а також двома корпоративними партнерами, який був запущений в листопаді 2019 року, фахівці Фраунгофера зараз створюють ринкові рішення для інтеграції фотоелектричних модулів у збірні бетонні плити. Чи витримає сонячна батарея довгу експлуатацію? Щоб відповісти на це питання, дослідники Фраунгофера проводять відповідні випробування на витривалість як на фотоелектричних компонентах, так і на бетоні.

Як поверхню поводе себе при різних погодних умовах? Що показують прискорені тести на старіння? На додаток до підходу, що ґрунтується на експерименті, моделювання також стоїть на порядку денному, зокрема, методи скінченних елементів. Це дозволяє експертам розрахувати, наприклад, як бетон і точка кріплення фотоелемента нагріваються при високих температурах.

За матеріалами techxplore.com

Натхнення: econet.ru

Кнопка «Наверх»
Закрыть