Введение

В современной эволюции солнечной энергетики доминируют фотоэлектрические установки, устанавливаемые на крышах и на земле. Но растущая плотность городской застройки, ограниченное пространство на крышах и стремление к интеграции фотовольтаики в здания (BIPV) смещают акцент на вертикальные установки. солнечные фотоэлектрические системы - Панели, установленные на стенах или фасадных поверхностях. В этой статье мы рассмотрим, как вертикальные солнечные фотоэлектрические системы (также называемые настенными фотоэлектрическими системами или солнечными фасадными системами) открывают новый рубеж в использовании солнечной энергии. Мы рассмотрим преимущества, инженерные соображения, тенденции рынка и то, как Sunpal может использовать этот неиспользованный потенциал.

Почему вертикальные солнечные батареи набирают популярность

• Урбанизация и цели в области возобновляемых источников энергии заставляют искать альтернативные варианты, помимо крыш.
• Вертикальные установки позволяют использовать поверхности зданий (фасады, обращенные на восток / запад / север / юг) для выработки электроэнергии там, где пространство на крышах ограничено.
• Достижения в бифасиальные солнечные панели, кремниевые модули n-типа и технологии элементов с более высоким КПД улучшают отдачу от настенных установок.
• Архитекторы и застройщики все чаще включают солнечные фасадные системы в требования к проектированию "зеленых" или "чистых" зданий.

Все эти факторы в совокупности позволяют рассматривать вертикальные солнечные батареи как дополнительную стратегию, а не просто как “менее эффективную” резервную копию стандартных массивов на крыше. Это открывает возможности для установки солнечных батарей на стенах высотных зданий, гаражах, звуковых барьерах и промышленных фасадах.

Производительность и технические преимущества

Пример бифасиального/вертикального усиления

Недавнее исследование вертикальных бифасиальных фотоэлектрических систем (VBPV) показало, что среднесезонный прирост мощности составил +11,4% весной, +8,1% летом, +10,9% осенью и +12,5% зимой по сравнению с обычной вертикальной монофасиальной фотоэлектрической системой.

В ранние утренние и поздние дневные часы выигрыш по сравнению с традиционными модулями с фиксированным наклоном достигал более 20%.

Диаграмма 1: Сезонный относительный прирост энергии для вертикальных бифасов и монофасов

Другие технические преимущества включают:

• Лучшая производительность в зимний период и при рассеянном освещении - панели, расположенные под вертикальными углами, могут принимать утреннее/вечернее солнце или свет под малым углом, обеспечивая более стабильную генерацию в разные сезоны.
• Меньше загрязнений и скопления пыли - вертикальные поверхности менее подвержены оседанию пыли и лучше поддаются дождевой мойке.
• Тепловое поведение: некоторые исследования (например, в Нидерландах) показывают, что вертикальные массивы работают холоднее, чем горизонтальные аналоги, что обеспечивает несколько более высокое напряжение и производительность при одинаковой освещенности.
• Альбедо / коэффициент отражения: бифасиальные модули, установленные вертикально, могут использовать преимущества отраженного света от соседних поверхностей (земли, стен), увеличивая эффективную отдачу (коэффициент отражения бифасиальных модулей часто составляет от ~5% до 30% в зависимости от установки).

При этом моделирование вертикальных солнечных батарей сложнее: отклонения в прогнозе облученности для вертикальных систем, как правило, выше, чем для систем с фиксированным наклоном, особенно в высоких широтах.

Проектирование и установка

Структурная и архитектурная интеграция

• Для настенного монтажа фотоэлектрических систем требуется специальное обрамление или фасадные системы крепления. Необходимо учитывать несущую способность, ветровую нагрузку, отвод осадков и пожарные нормы.
• Архитектурный дизайн должен эстетично интегрировать солнечные батареи - может потребоваться скрытый монтаж, стеклянные панели или облицовка фасада солнечными панелями.

Проектирование электрооборудования и систем

• Ориентация имеет значение: вертикальные решетки, ориентированные на восток и запад, обеспечивают два пика (утро/вечер) вместо одного полуденного пика.
• Инверторы, проводка, электробезопасность (например, степень огнестойкости, изоляция от ограждающих конструкций) должны соответствовать местным стандартам.
• Затенение от соседних зданий, деревьев или внутреннее самозатенение фасадных модулей должно быть смоделировано (например, с помощью PVsyst или других инструментов), чтобы оптимизировать выход продукции.

Нормативно-правовое регулирование и соответствие

• Строительные нормы и правила могут определять максимальную ветровую или снеговую нагрузку на фасады, требовать наличия огнестойких облицовочных систем и обеспечивать доступ для обслуживания.
• Такие сертификаты, как LEED / WELL / стандарты строительства с нулевым энергопотреблением Все чаще ожидают интегрированных решений в области возобновляемых источников энергии; вертикальное солнечное освещение может стать частью зачета эффективности фасада.

Примеры использования и применения

Вертикальные солнечные батареи подходят для нескольких вариантов:

• Высотные коммерческие или жилые здания - фасады, на которые попадает солнечный свет с восточной или западной стороны.
• Промышленные склады и заводы - высокие боковые стены могут получать несколько часов дневного света, если крыша затенена или мала.
• Инфраструктура и шумовые барьеры - панели шумозащитных стен на автомагистралях или железных дорогах могут служить в качестве генераторов энергии.
• Звуковые барьеры и ограждения, интегрированные в городские/автомобильные дороги.

Диаграмма 2: Сравнение типичных случаев использования

Эти примеры показывают, что вертикальные системы могут частично компенсировать электрические нагрузки здания, не требуя дополнительных площадей или модернизации крыш.

Возможности рынка и экономика

• Мировой рынок BIPV (фотовольтаики, интегрированные в здания) ожидает значительный рост поскольку здания стремятся к статусу "нетто-ноль", создавая благоприятный фон для вертикальных/фасадных солнечных батарей.
• Стимулы или льготные тарифы на многих рынках поощряют или субсидируют интеграцию возобновляемых источников энергии в здания; вертикальные солнечные батареи могут подпадать под схемы фасадов или зеленого строительства.
• Вертикальные солнечные батареи могут иметь несколько меньшую годовую выработку энергии по сравнению с оптимально наклоненными крышами, но их соответствие целям ESG, архитектурная интеграция и премии за двойное назначение могут улучшить анализ затрат и выгод.
• Во многих городских проектах настенные солнечные батареи могут обеспечить более высокую стоимость квадратного метра полезного фасада здания по сравнению с панелями на крыше (особенно в тех случаях, когда пространство на крыше перенасыщено или непригодно для использования из-за систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха или другого оборудования).

Проблемы и препятствия

Несмотря на свои преимущества, вертикальная солнечная фотоэлектрическая установка сталкивается с некоторыми препятствиями:

• Более низкая абсолютная производительность по сравнению с решетками на крыше с оптимальным наклоном - некоторые установки сообщают о снижении производительности на 30 % или более в зависимости от азимута, затенения или местного климата.
• Более высокая стоимость установки и материалов при нестандартном монтаже, интеграции в фасад, архитектурной отделке.
• Ограниченная осведомленность владельцев зданий и застройщиков о том, что вертикальные фотоэлектрические системы жизнеспособны и экономически эффективны.
• Неопределенности моделирования: как уже отмечалось, моделирование вертикального облучения фотоэлектрических панелей (особенно для бифасиальных систем) может иметь более высокие пределы погрешности, что затрудняет утверждение финансирования.
• Нормативно-правовые пробелы: строительные нормы и правила могут еще не определять стандарты для настенных фотоэлектрических систем или требовать специальной проверки/разрешения.

Тенденции и инновации

В перспективе несколько инновационных возможностей могут расширить внедрение вертикальной солнечной энергетики:

• Эстетичные солнечные фасады: цветные или текстурированные фотоэлектрические модули, сочетающиеся с архитектурными материалами.
• Интеллектуальная интеграция: сопряжение вертикальных фотоэлектрических установок с накопителями энергии на объекте, системами управления энергией на основе IoT или системами реагирования на спрос.
• Фотоэлектрические материалы нового поколения: например, тандемные или усиленные перовскитом бифазные модули, обеспечивающие более высокую эффективность даже при рассеянной или вертикальной ориентации.
• Умный город / экосистемы зданий с нулевым энергопотреблением: вертикальные солнечные батареи как стандартный элемент в рекомендациях по проектированию фасадов, способствующий балансу энергии на фасаде, функции затенения/охлаждения фасада и генерации солнечной энергии.

Кроме того, пилотные программы в области агровольтаики или двойного применения (например, вертикальные бифасиальные стены в Индии или звукоизолирующие фотоэлектрические панели в транспортных коридорах) начинают изучать, как вертикальные фотоэлектрические панели могут выполнять несколько функций (энергия + затенение / среда обитания / структура).

Заключение

Вертикальные солнечные фотоэлектрические системы представляют собой быстро развивающийся сегмент солнечной энергетики - они превращают обычные стены в поверхности, вырабатывающие энергию. Хотя производительность не всегда соответствует идеальным системам, устанавливаемым на крыше, их совместимость с городской средой, потенциал интеграции и сезонные преимущества делают их очень привлекательными для проектов экологичных зданий.

Компания Sunpal имеет все возможности для использования этого неиспользованного потенциала, предлагая настенные солнечные системы, которые соответствуют архитектурной эстетике, нормативным требованиям и целям использования возобновляемых источников энергии.

Готовы рассмотреть возможность использования вертикальных солнечных батарей для вашего следующего проекта?

Посетите www.sunpalpv.com или свяжитесь с нашими специалистами сегодня, чтобы обсудить индивидуальные решения в области солнечных батарей, которые соответствуют вашим архитектурным и энергетическим целям.