可再生能源最近得到了前所未有的推动。在2019年5月9日,美国加州能源委员会一致投票要求所有新房子都使用太阳能。自2020年1月1日起,该授权将需要提供光伏系统,根据房屋大小提供2至3千瓦的能量。(其实中国的在2021年也规定了从2022年4月1日开始新建建筑,太阳能系统也成为标配,目前看我们还是比国外稍微晚了点时间执行这个太阳能强推的指令)这个要求的适度尺寸,大约是典型太阳能电池阵列的三分之一到一半,大概是为了控制成本。然而,考虑到该州每年大约建造80000栋新房,对可再生技术的后续需求将大幅增加。根据北方《纽约时报》,加州大约有15,000栋房屋通常包含太阳能,因此在不到两年的时间里,安装数量增加了五倍。
尽管新的授权预计会以降低能源账单的形式为购房者节省资金,但光伏系统的8000至10000美元的额外成本仍然存在担忧。CEC对新建筑的关注表明,建筑集成光伏的使用可能优于典型的独立光伏阵列。简而言之,指定具有光伏能力的覆层产品可能比单独购买产品更经济。尽管到目前为止,光伏建筑是一种非典型的策略,但加州的太阳能法令可能会大大增加建筑中对综合能量收集的需求。下面的例子强调了一些BIPV技术,这些技术代表了建筑美学的转变。
1.太阳能屋顶:替代屋顶材料
鉴于大多数建筑太阳能装置都是在屋顶上安装的,显然光伏一体化屋顶材料正获得越来越多的关注。特斯拉的太阳能屋顶钢化玻璃太阳能瓦系列模仿了传统屋顶瓦和瓦材料的尺寸和应用方法。
总部在荷兰Zep BV同样提供一系列模仿瓷砖的太阳能屋顶模块。该公司声称,每个模块的输出效率超过20%,高于典型光伏板14%至17%的预期效率。Zep BV已经在极端环境条件下测试了其瓷砖,并提供30年的防渗漏保修。
中国苏州东吴大学的科学家们将太阳能屋顶瓦更进一步—使其能够利用雨水和太阳的能量。尽管还没有商业化,这项新技术包括一个摩擦电纳米发电机装置,该装置从强降雨产生的压力中获得机械能。
2.智能柔性太阳能立面:窗户玻璃
许多公司一直在开发用于窗户的太阳能技术,这种技术能够在不阻挡可见光或视线的情况下发电。例如,位于马里兰州哥伦比亚市太阳能窗技术将超薄流体涂层应用于透明玻璃和聚合物。这些涂层充当微型、互联太阳能电池的集合体,统称为有机光伏(OPV)太阳能电池阵列。根据制造商的说法,在窗户占主导地位的建筑(如摩天大楼)中,该产品的性能优于屋顶电力收集,并且可以在一年内返还初始投资。
立陶宛维尔纽斯SmartFlex为太阳能幕墙提供全面、可定制的解决方案。该公司表示,其目标是通过预测BIPV技术和现代建筑围护结构的技术复杂性,弥合“光伏制造商和建筑师之间的差距”。
另一家玻璃制造商是建造太阳能,制造太阳能玻璃块。埃克塞特大学科学家开发的研究产品,模块由一个小型光伏电池阵列组成,显示出比标准玻璃块更高的绝缘值。
3.充分利用建筑正面
越来越多的光伏发电选择存在于建筑外壳的其他方面。考虑到光吸收的重要性,这些产品中的许多都是玻璃表面。例如,荷兰埃因霍温工作室Solarix——产品设计师Reinier Bosch和建筑师Marloes van Heteren的合作——制造了由可定制的玻璃模块组成的太阳能立面系统。各个面板的尺寸、深度、角度、颜色和图案都可以不同。发光二极管条也可以嵌入瓷砖的框架中,通过光进行发电。
丹麦建筑师默勒设计的哥本哈根国际学校采用了类似的模块化系统彩色光伏板的正面。根据EPFL的一份新闻稿,基于洛桑联邦理工学院(EPFL)开发的技术,这12000个模块可提供约300兆瓦时的电力,共同构成了“世界上最大的太阳能立面”。
根据该公司的说法,由于不需要框架、玻璃表面、安装硬件或硅净化工艺,Sunflare是“地球上最干净的大规模太阳能发电设备”。
其他新兴技术代表了太阳能表面技术的边缘。混凝土不足是一种能量收集混凝土,涂有染料敏化太阳能电池,这是一种悬浮的光活性染料,可以向氧化物电极输送能量。另一种情况是喷涂应用阿尔伯塔大学研究人员开发的纳米粒子太阳能电池。科学家兼化学教授吉利安·布里亚克和她的团队设计了这种应用方法,作为一种节约成本的措施,具有迷人的可能性。布里亚克说:“基于纳米粒子的‘墨水’可以用于实际绘制或打印太阳能电池或精确的合成物。”科学日报。
需要克服的挑战:
尽管BIPV具有令人信服的特点,但这种方法也存在挑战。根据2011年的一份报告国家可再生能源实验室BIPV住宅行业的光伏建筑一体化技术报告“面临着比机架式光伏建筑更复杂的产品开发问题和市场采用动态。”这些问题包括安装需要专门的劳动力,以及BIPV系统的相对新颖性(和缺乏现场测试)。然而,近年来取得了许多进展,中央电力委员会的太阳能指令可能最终会推动光伏建筑的广泛应用。除了提供成本节约、定制和资源效率之外,BIPVs还提供了基于性能的美学的难得设计机会。
下面我们开始介绍一些项目案例,这些案例表明采用太阳能系统已经为一些企业带来了很大的价值,尤其是数据中心建筑,业内人士应该知道,数据中心的余热很多,靠空调系统降温制冷的能耗很高,传统建筑里的保温隔热方式无法有效解决其能耗问题,如果能够在这类建筑上安装高效的太阳能光伏系统,就能立马解决数据中心能耗高的痛点。下面这个案例表明位于丹麦的 Apple 数据中心由 50 MW 太阳能供电。
European Energy 已经建造了一个太阳能电池阵列,现在正在建设一个风电场,为 Apple 在丹麦的数据中心提供 100% 的可再生能源。该光伏项目采用双面电池板,是该国最大的无补贴光伏安装项目。
苹果公司透露,根据长期购电协议,其位于丹麦维堡的数据中心现在由一个 50 兆瓦的太阳能项目供电。丹麦开发商欧洲能源公司建造了该阵列,并于 8 月初出售给德国的 LHI 集团。欧洲能源当时表示,该项目已与一位未透露姓名的买家签订了长期购电协议,但没有透露有关该交易的任何其他细节。该太阳能园区采用双面电池板,是目前丹麦在运营的最大的无补贴光伏电站。该国已经有几个正在开发的无补贴太阳能装置,包括尼苏姆峡湾附近的400 兆瓦项目和霍尔斯特布罗市的 200 兆瓦发电厂。
苹果公司表示,该数据中心还将由欧洲能源公司在日德兰半岛西海岸埃斯比约建设的风电场供电。据当地媒体报道,由于承包商因错过最后期限而发生争议,该数据中心的建设于 2019 年 4 月停止。
苹果公司在 2018 年公布了使用 100% 清洁能源为其全球业务供电的计划。该计划涵盖其在 43 个国家/地区的业务,包括零售店、办公室、数据中心和其他设施。