Page 1

Teknologirapport


Følgende rapport gennemgår eksisterende solcelleteknologier og løsninger. Formålet er at give et visuelt udgangspunkt for udviklingen af nye løsninger i PV grid.


INDHOLDSFORTEGNELSE BAGGRUND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 GENERATIONER Indledning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Første generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anden generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tredje generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Opsamling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SAMLINGER Indledning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tagadderet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tagintegreret . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Adderet fladt tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . På facade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SYSTEMER Indledning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Facade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Glasintegreret . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jordplaceret . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Belægning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Interiør . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fremtid? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . 8-9 10-11 12-15 16-18

. . 19

22-23 24-25 26-29 30-31 32-33

36-37 38-47 48-51 52-53 54-55 56-57 58-59 60-63

OPSUMMERING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 BILAG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66-71

3


BAGGRUND Formål med rapporten Følgende dokument opsummerer en række undersøgelser af eksisterende solcelleprodukter og teknologier, udført som en del af forskningsprojektet ‘PV Grid’ under Forsk VE. Formålet er at danne et overblik over teknologiske og funktionelle muligheder for den fysiske sammensætning af anlæg i PV Grid. Rapporten fokuserer således kun i meget lille grad på de parametre der ligger udover den fysiske dimension, dvs. forretningsmodeller, levering, drift osv. Det er formodentligt ikke muligt at give et fuldt dækkende overblik over solcelleteknologien, da markedet er i konstant udvikling, og rapportens formål er derfor i højere grad at tjene som inspiration for den fremtidige udvikling af projektets anlæg. Meget af den viden der kommunikeres i denne rapport vil være velkendt for aktører i PV grid, og målet er derfor ikke nødvendigvis at fremkomme med nye konklusioner men nærmere at skabe et fælles videns grundlag i projektet. Fordele, ulemper og muligheder ved de registrerede løsninger diskuteres således løbende som udgangspunkt for de anlæg der fremover vil blive skitseret til specifikke målgrupper i PV grid. Undersøgelsen af solcelleløsninger er fordelt på tre overordnede skalatrin der tilsammen skal give et overblik over mulige innovationsområder. Rapporten er således opdelt i tre kapitler: GENERATIONER Dette kapitel gennemgår selve solcelleteknologien og de typer celler der i øjeblikket er på markedet eller muligvis snart vil komme det. SAMLINGER Samlinger vedrører principperne for solcellesystemernes sammensætning af komponenter og montering på en bygning. I dette kapitel er de registrerede samlinger opdelt efter hvor på bygningen de anvendes og hvorvidt de er integreret eller adderet arkitekturen. SYSTEMER Dette kapitel fokuserer på solcelleanlægget som et samlet udtryk. Eksemplerne er opdelt efter hvor de er placeret i arkitekturen og diskuteres med udgangspunkt i deres fysiske fremtræden og arkitektoniske potentialer.

5


GENERATIONER FØRSTE GENERATION Mono- og polykrystallinske solceller

ANDEN GENERATION Tyndfilm a-SI, CdTe, CI(G)S

TREDJE GENERATION Fremtidens teknologi?

1


FĂ˜RSTE GENERATION Mono / og Polykrystallinske solceller

ANDEN GENERATION Amorf silicium, CdTe og CIGS solceller

TREDJE GENERATION Plastik og farvestof solceller


GENERATIONER Indledning I følgende del af rapporten redegøres der for eksisterende solcelleteknologier og deres kvaliteter. De celler der vil blive anvendt i de endelige PV grid anlæg vil naturligvis påvirke samlinger og dermed systemer og visa versa. Der ligger således både mulighed for æstetisk og teknisk innovation ved at betragte selve cellen som muligt første punkt i udviklingen af nye anlægstyper. Solcelleteknologien opdeles ofte i generationer der indikerer i hvilken rækkefølge teknologierne er udviklet, samt grundlæggende forskelle i måden de produceres på (Nelson, 2003). Solcelleteknologien beskrives som regel i tre generationer: FØRSTE GENERATION - Mono- og polykrystallinske celler ANDEN GENERATION - Tyndfilmsceller TREDJE GENERATION – Fotoelektrokemiske celler, Polymerceller Første generation omfatter krystallinske solceller, heriblandt monokrystallinske (en enkelt krystal) og polykrystallinske (flere krystaller) som er baseret på silicium. Disse solceller er langt de mest udbredte på markedet. Anden generation repræsenterer tyndfilms solceller, heriblandt a-Si (amorft silicium), CdTe og CIGS. Amorft silicium er baseret på pulveriseret ikke-krystallinsk silicium. CdTe og CIGS består af andre metal og kemiske sammensætninger. Tredje generation omfatter en række teknologier hvoraf mange mangler udvikling før de er markedsmodne. De mest bemærkelsesværdige af disse er fotoelektrokemiske celler, som generer strøm via farvestof og polymerceller som anvender polymere/plastik.

9


FØRSTE GENERATION Mono- og polykrystallinske solceller GENERELT Første generations (1G) solceller dækker over krystallinske silicium celler, der er de mest udbredte på markedet. 1G-solceller er populære for deres høje effektivitet (ca. 15-20 %, tallet svinger fra producent til producent), samt stabilitet. 1G-solceller omfatter to forskellige typer krystallinske celler, poly- og mono, hvilket dækker over, hvordan silicium krystallen bearbejdes. En almindelig 1G-solcelle består af silicium, der skæres ud i en skive der betegnes som en wafer. Waferne kan efterfølgende skæres til i alle former, men det er dyrt at masseproducere. Efter metalliske kontakter, trådnet, anti-reflekslag etc. er påført, får waferen funktion som en solcelle. MONOKRYSTALLINSK En monokrystallinsk solcelle består af én krystal-struktur, der vender i en retning. Solcellen yder optimalt, når lyset rammer denne retning vinkelret. På grund af den lavere modstand i materialet og den mere simple krystalstruktur, er monokrystallinske celler mere effektive end polykrystallinske. Monokrystallinske celler skæres ud af runde silicium blokke, men skæres til i firkantet formater, så der kan opnås en tættere pakning i modulerne og dermed en højere virkningsgrad. De monokrystallinske celler har en ensartet blå eller sort overflade grundet den simple krystalstruktur. Farven skyldes blandt andet antirefleks laget af titaniumoxid oven på cellen. POLYKRYSTALLINSK En polykrystallinske celle består af forskellige silicium krystaller, der dannes ved afstøbning i en form. Krystallerne vender i flere retninger. På den måde kan cellen bedre fange lyset på tidspunkter uden direkte sol, fordi nogle af krystallerne altid vil vende rigtigt i forhold til lyskilden. Overfladen i en polykrystallinsk celle har et karakteristisk farvespil grundet krystallernes forskellige retninger. Oprindeligt er farven blålig, men det er muligt at give overfladen en coating med andre farver. Den polykrystallinske celle er billigere at fremstille end den monokrystallinske på grund af et mere urent silicium og en større materialemodstand i cellestrukturen. Dette medfører også at polykrystallinske solceller generelt er en smule mindre effektive end monokrystallinske. Krystallinske celler er generelt vanskelige at billiggøre fordi det kræver store mængder energi at smelte siliciummet i produktionen. Denne proces er tidskrævede og indebærer tab i materialer. Herudover er der et anseeligt kemikalie- og vandforbrug i forbindelse med produktionen af siliciumceller. 11


ANDEN GENERATION Tyndfilm a-SI, CdTe, CI(G)S GENERELT Tyndfilmssolceller produceres ved at ekstremt tynde lag af fotosensitive materialer dampes på et billigt substrat såsom glas, metal eller indkapsles i fleksibelt plast. De 3 mest udbredte tyndfilmssolceller er A-si, CdTe og CIGS, som rapporten gennemgår. Basis principperne for tyndfilms solceller er de samme som for krystallinske solceller, men 2 generation omfatter teknologier med mere avancerede halvledere end det krystallinske silicium. De fleksible egenskaber ved denne type celler, samt en forventet reducering af markedspris, har medvirket at tyndfilm længe har været betragtet som fremtidens solcelleteknologi. Tyndfilmsolceller har dog ikke fundet en stor markedsandel på det danske marked hvilket kan skyldes den lavere effektivitet og holdbarhedstid. En fordel ved tyndfilmssolceller er at de fungerer relativt bedre i gråvejr og under diffuse lysforhold end de krystallinske celler, fordi de er i stand til at absorbere lys i flere forskellige bølgelængder. Der ikke er noget trådnet eller nogen metalliske kontakter på forsiden af tyndfilmscellerne. Det giver dem et homogent udtryk der i kombination med deres fleksibilitet skaber muligheder for arkitektonisk integration hvilket må formodes at være det primære incitament for virksomheder i PV grid til en evt. investering i tyndfilm. A-SI (AMORFT SILICIUM) A-Si solcellerne bruger silicium som fotosensitivt materiale, og fremstår typisk sorte eller brunlige i farven. De er blandt de først udviklede tyndfilmssolceller og har en effektivitet på 6-10% hvilket forløber sig til 70 KWh/m2, (Dette kan variere fra leverandør til leverandør). Tyndfilmssolceller har en kortere levetid end de krystallinske solceller og ligger i gennemsnit på omkring 25 - 35 år. Den lave effektivitet betyder at der kræves et større areal ved installation for at opnå samme effekt som ved krystallinske celler. (Amorft silicium foretrækkes i nogle lande, med ekstrem varme da de har en højere varmeresistens end de krystallinske solceller) Denne kategori af tyndfilmssolceller udgjorde i 2007 godt 3/4 af den samlede tyndfilms-produktion.

13


Eks. på lagopbygning i en traditionel krystallinsk solcelle

Metalliske kontakt Metallisk kontakt Antireflekterende belægning Antireflekterende belægning n+ lag (Negativt ladet silicium) N-lag p- type wafer Absorbtionslag p+ lag P-lag (Positivt ladet silicium) Aluminium kontaktlag Aluminium kontakttlag

Eks. på lagopbygning A-si (amorf silicium) solcelle

Metalliske kontakt Antireflekterende belægning n+ lag p- type wafer p+ lag

Aluminium kontaktlag

Glass Transparant ledende oxidmateriale P-lag (Amorf Silicium) I-lag N-lag (Amorf Silicium) Aluminium kontaktlag

Eks. på lagopbygning i en Cdte solcelle

Transtarent ledende oxid (TCO) CdS

CIGS Mo

Glass, metal folie, plastik

Glass Glass Transparent ledende oxid (TCO) Transparent ledende oxid(TCO) n-lag (CdS) N-lag (Cds) p-lag (CdTe) P-lag (Cdte) Aluminium kontaktlag Aluminium kontaktlag

Eks. på lagopbygning i en CI(G)S solcelle

Transparent ledende oxid Cds CIGS Mo Glas, metal eller folie


CDTE (CADMIUM-TELLUR) CdTe celler anvender Cadmium-Tellur som fotosensitivt materiale og har en sort/mørkeblå farve. First solar er et førende firma inden for denne teknologi. De har en produktionstid på 2,5 time på et færdigt solcellemodul. Ifølge dem kræver det 98 % mindre halvledermateriale at producere CdTe samt mindre energi og vand sammenlignet med konventionel krystallinsk produktion. Der er mange diskussioner om, hvor gode CdTe solcellerne er, da de anvendte materialer kan være skadelige for miljøet og helbredet. På visse markeder, bl.a. Japan, har det for eksempel vist sig umuligt at sælge CdTe moduler på grund af. frygt for udslip af Cadmium. Firmaet First Solar har udarbejdet genanvendelsesprogrammer, der tager sig af problemet, når disse solcellers levetid slipper op. En artikel fra ingeniøren (2010) beskriver yderligere at et problem for udbredelsen af CdTe teknologien er manglen på grundstoffet tellur i jordskorpen. Et eksempel på et byggeri med CdTe i Danmark bliver det kommende hotel og kontorbyggeri på Værkmestergade i Århus. Højhuset opnår lavenergibygning klasse 2015 ved bl.a. at integrere et solcelleanlæg på hele syd facaden og dele af tagfladen. (Tegnet af Arkitema) CI(G)S (COBBER, INDIUM, GERMANIUM, DISELENIDE) CI(G)S består af henholdsvis 3 eller 4 materialer, indium (metal), gallium (udvindes blandt andet af kul), selen (metal art der minder om svovl) og kobber. Denne teknologi kan produceres uden gallium og får derved navnet CIS. CI(G)S fremstår sort og har i praksis vist en effektivitet på omkring 10-12%. På laboratoriestadiet har CIGS dog vist resultater på over 20%. Laboratoriet Empa, (the Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) holder således en rekord på CI(G)S - solceller med en effektivitet på 20.4%. Tyndfilmsceller har en anseelig markedsandel i eks. USA, men bliver i Danmark ikke anvendt særlig ofte, hvilket giver dem en vis teknologisk nyhedsværdi. LAGOPBYGNING Siliciumceller består via to halvlederlag der defineres som n-type og ptype silicium, hvor –n- er negativt og -p- er positivt ladet. Dette refererer til henholdsvis overskud og underskud af elektroner. Ved at samle de to halvlederlag i en sandwichstruktur opstår en såkaldt “p/n junktion” der skaber et elektrisk felt, når de frigivne elektroner vil kompensere for underskuddet og overskuddet i p-type og n-type lagene. Elektronerne rejser igennem solcellen og skaber en spændingsforskel (Volt) og dermed dannes en elektrisk strøm (Ampere), der kan benyttes til elektroniske apparater så som fjernsyn, køleskab, el-biler etc. Dette er det basale princip ved solceller, og således grundlaget for at forstå de materialemæssige forskelle ved forskellige generationer af celler. 15 15


TREDJE GENERATION Fremtidens teknologi? GENERELT Der er mange forskellige typer af 3.generations solceller og der kommer løbende flere til. At danne sig det fulde overblik er derfor vanskeligt. Rapporten vil tage nogle af de mest bemærkelsesværdige i betragtning som er PEC- (PhotoEelectricChemical) og Plastik solcellen, som er meget billig i produktion. Indtil videre udviser disse teknologier dog en begrænset levetid og effekt og det er derfor tvivlsomt om de vil spille en rolle i PV grid Der er dog store PR og miljømæssige potentialer i visse af disse teknologier, der potentielt kan appellerer til visse kunder og vil kunne medvirke til at opfylde innovationsambitionerne i PV grid. PEC Farvestof solceller generer elektricitet ved at konvertere lysets energi igennem farvestof. Disse celler betegnes også som Grätzel-celler, DYE SENSITIZED CELLS, PEC eller brombærceller. Disse solceller kendetegnes ofte med deres brune og rødlige nuancer. Farvestofcellerne er mere lyssensitive end krystallinske celler. Dette inkluderer diffust lys ved overskyet vejr, kunstigt lys samt lys der rammer cellen fra en mere snæver vinkel. Farvestofcellerne kan derfor producere strøm under varierede forhold og er derfor også optimale til at integrere i byggeri. Omdannelsen af energi i en farvestofsolcelle er meget tilsvarende fotosyntese, hvor grønne planter generer kemisk energi fra sollyset ved hjælp af klorofyl farvestoffet i deres blade. Farvestof cellerne er i høj grad inspireret af denne proces idet de også benytter farvestof til at absorbere solens lys, dog i form af elektricitet frem for kemisk energi. Farvestoffet i brombær har som udgangspunkt vist sig at være ideelt til absorbering af sollyset (deraf navnet brombærcellen), men mange andre farvestofmolekyler uorganiske såvel som organiske kan også benyttes. Farvestoffet afgør også cellens farve. Sony har udviklet en farvestofcelle, der introducerer den såkaldte “concerto” effekt, hvor tilførslen af forskellige farvestoffer, behandler specifikke dele af lysets spektre og således skaber en forøget effektivitet i cellen. Udfordringen ved PEC celler er stadig effektivitet, levetid og tilbagebetalingstid.

17


1.GENERATION Levetid: 40-50 år (energitjenesten) Typisk WP pr. panel: poly 240, mono 250 Mest effektive anlæg: 333 watts panel med effekt på 20,4% Panel: Typisk mål (72 celler) 158cm x 81cm x 3,5cm Priseksempler: REC Solar polykrystallinsk panel (1665 x 991 x 38mm) 245 wp. 1944,Bosch Solar monokrystallinsk panel (1343x998x50mm) 195 wp. 1751,-

2.GENERATION Levetid (Afhængigt af indkapslingen) 25-35 år

Fugt, temperatursvingninger og stråling kan forringe systemerne. Degraderinger på ca. 0,3 - 0,5 % om året (afhænger af kvalitet fra producent)

Effekt: (Afhængigt af producent) a-Si 6-10%, CdTe 10-12%, CIGS 10-12% Panel: Typisk tyndfilmspanel mål 140cm x 110cm x 3,5cm Pris: AVANCIS-CIS-tynfilms panel (1595x684x45mm) 135 wp. 1147,Info: Egner sig til svage konstruktioner (Ca. vægt pr. m2 imellem 3 - 10kg)

3.GENERATION Levetid (Afhængigt af indkapslingen)

Effekt: (Afhængigt af producent) PEC:, OPC:2-6% Potentiell fordele Potentialer for høj effektivit og billiggørelse samt mere miljørigtig produktion.


PEC FREMSTILLING Farvestofcellerne kan fremstilles i forskellige størrelser og med forskellige æstetiske egenskaber. Cellerne kan både udføres som gennemsigtige og translucente og i forskellige farver. De mange egenskaber er med til at forøge PEC-cellens anvendelighed som komponent i arkitekturen. Farvestoffet er det dyreste i fremstillingsprocessen, men ellers er komponenterne billige. Prisen pr. ydelse forventes at blive lavere end for andre typer af solceller. Fremstillingsprocessen har en minimal belastning på miljøet i forhold til de krystallinske solceller, CdTe, CIGS og a-SI. Råmaterialerne er meget billige, men der stilles til gængæld store krav til forseglingen af de indre kemiske dele i cellen. Der forskes i at skabe farvestofceller med stærkere forsegling og en fast elektrolytvæske (laget i cellen der transportere elektroner), således at levetiden på farvestofceller kan konkurrere med de krystallinske forgængere. OPC Polymere solceller (også betegnet som plastik solceller eller OPC) fungerer efter samme principper som almindelige silicium solceller. Polymere solceller er opbygget af tynde lag af organiske halvledere. Det ene lag i en plastik celle består af polymermateriale og det andet er karbonbaseret. Der ligger store udfordringer med at få polymercellerne til at være effektive og stabile nok til projekter i stor skala, men de er til gengæld ekstremt billige i fremstillingsprocessen. Ved at modificere polymererne på nano-niveau kan de hånderes som en væske der kan anvendes i trykfarve og således printes på en trykkerimaskine. Altså erstattes blækket i trykkerimaskinen med lysfølsomt flydende plast og printes for eksempel på en tynd plastfilm. Der kan således printes metervis af solceller på meget kort tid. Ved at folde eller krølle disse plastikceller, kan fotonerne reflekteres, således at effektiviteten forøges. Deres effektivitet er målt til 2-6%. Risø DTU’s laboratorium forsker i plastiksolceller, som et led i deres udvikling af bæredygtig energi. Udførte eksempler hvor PEC celler er anvendt i Danmark indebærer små demonstrationsprojekter såsom tekstildesigneren Astrid Kroghs gardiner med indbyggede plast solceller, som udnytter solen til at skabe varme og genere strøm. Når der er køligt afgives varmen ud i rummet og på den måde bliver gardinerne et mindre klimaanlæg. Skanderborg Festival har yderligere markeret sig med en hængekøje hvor oversejlet består af plast solceller, hvorfra strømmen blev benyttet til opladning af mobiler. De nyere typer solceller vil således formodentlig kun være relevante i PV grid for virksomheder med interesse i at brande sig igennem teknologisk nyhedsværdi og unikke løsninger.

19


SAMLINGER TAGINTEGRERET Klæpning, påskruede moduler

TAGINTEGRERET Transparent tag, Tile system

ADDERET FLADT TAG Vinklede konsoller/stativer, ballastkasser

PÅ FACADE Punktfiksering, flush-fitted, glued on

2


Tagadderet

Tagintegreret

Facadeintegreret

Facadeadderet

Fladt tag


SAMLINGER Indledning I det følgende kapitel skelnes der overordnet imellem integrerede og adderede løsninger, da disse er afgørende for samlingernes karakter og kompleksitet. Samlingerne spiller en stor rolle i forhold til det samlede anlæg og udformningen af nye løsninger, fordi de definerer systemets montering og fleksibilitet, og dermed spiller en afgørende rolle for det bagvedliggende forretningskoncept, der kan tilbydes. Tillader samlingerne eksempelvis, at solcelleanlægget er mobilt, vil dette skabe basis for en ny type fleksibel forretningsmodel. Samtidig er samlingen af de enkelte komponenter i et system afgørende for muligheden for genanvendelse af materialer, samt naturligvis anlæggets visuelle udtryk. Målet med dette kapitel er at beskrive de mest velkendte samlingsprincipper samt at lægge grundlaget til en egentlig videreudvikling af den måde, man sam¬mensætter systemer på. Dette kan have stor indflydelse på fleksibilitet, pris, vægt osv. Endelig er samlingerne en stor del af komponenternes mulighed for at adskillelse og evt. genanvendelse af råmaterialer i nye produkter.

23


TAG-ADDERET Klamper, skinner Som adderet løsning er der på skråtage registreret to overordnede metoder til at montere solceller: SKINNER Herunder beskrives tre eksempler på skinnesystemer: 1: En isoleringsdug rulles ud, hvorefter skinner påmonteres til installation af paneler. Solcellepanelerne erstatter således eksempelvis teglsten, hvilket medvirker at installationen bliver bragt niveau med den øvrige tagbeklædning. 2: Et skinnesystem kan også monteres på et tegltag ved at kroge hægtes fast på lægter under teglstenene. Denne løsning sikrer at tagmembranen ikke gennembrydes, 3: En monteringsplade skrues fast i tagmaterialet, hvorefter skinner monteres. Denne løsning kræver mindst forarbejde i forhold til de øvrige. Generelt kan problemet med adderede skinnesystemer på eksisterende tag være, at man gennembryder det oprindelige tag for at fæstne skinnerne til konstruktionen. Dette kan medføre kuldebroer, og at tagets konstruktion, eksempelvis træbjælker beskadiges. I PV grid vil skinnesystemer naturligvis være relevant som standard leverance ved større flade tagarealer, hvor den underlæggende konstruktion kan klare belastningen. KLAMPER Som alternativ til skinner, kan panelerne monteres direkte på enkeltstående klamper. Dette er velegnet til eksempelvis zink- elle plasttag, hvor klamperne fastgøres til tagets fals. Dette betyder at man undgår gennembrydning af tagmembranen i forbindelse med installation. Klampesystemet er dog afhængigt af at tagets form og beskaffenhed for at virke optimalt. Herudover skal der i et klampesystem findes alternative møder at føre ledninger på, eksempelvis under selve modulerne, mens skinnesystemet i sig selv kan bidrage til kabelføring.

25


TAGINTEGRERET Klæbning, påskruede moduler Hvad der præcist definerer en integreret løsning er der delte meninger om, men i denne rapport beskrives det som, løsninger der fremstår integreret med det øvrige tag/arkitektur. For at undersøgelserne ikke fremstår alt for subjektivt og smagsbestemt vurderes samlinger der tillader solcellerne at komme i niveau med taget generelt som integrerede. KLÆBNING Laminerede tyndfilmssolceller kan på klæbes på eksempelvis tagpap. Dette tillader et letvægtssystem der ikke gennembryder det eksisterende tag. Klæbning kan ydermere være en velegnet løsning til krumme flader, og som elementer imellem tagfals på eksempelvis zinktage. Klæbning kan være en hurtig og nem løsning, men i en genanvendelsesog vedligeholdelse optik kan det dog forekomme problematisk, da limede løsninger vil være svære at adskille i enkeltkomponenter. PÅSKRUEDE MODULER Der findes flere eksempler på moduler, der kan integreres i taget som vandtæt tagbeklædning og således kan erstatte eller supplere traditionel tagbeklædning. Et eksempel er Gaias Integra line, der består af vandtætte moduler der indbygges i taget. Modulerne fæstnes mekanisk til tagets konstruktion, typisk i tagspærene. Et sådant anlæg gør det reelt ud for klimaskærmen på taget og kan udføres på flere måder. Solcellepanelerne kan integreres tagbelægningen med inddækkede kanter, dække en hel tagflade eller integreres i samme form som eksisterende tagbelægningerne. Integrerede moduler vil kunne være relevant for virksomheder i PV grid der har eksponerede skrå tagarealer.

27


TAGINTEGRERET Glasintegreret, Tile system GLASINTEGRERET Solceller kan integreres i et glastag, således at de både agerer solceller og solafskærmning. Cellerne indkapsles imellem to glaslag, og selve glasmodulerne monteres i den øvrige tagkonstruktion. Denne løsning har sine fordele i den fuldstændige integration og flerfunktionalitet i brugen af solceller. Således kan glasintegrerede solceller fungere både som producent af energi og modvirke ophedning fra store glasarealer. Hvordan modulerne samles og monteres til hovedkonstruktionen vil variere fra projekt til projekt, men Gaia producerer moduler der passer til branchekendte montagesystemer. I PV grid kan denne type løsninger være aktuelle for virksomheder med eksponerede glasfacader eller tag, hvor der ønskes en høj reklame og nyhedsværdi for investeringen. TILE SYSTEM Tiles eller shingles mimer strukturen og mønstret fra velkendte tagbeklædninger såsom tegl. Disse kendes både som moduler der fæstnes via eksempelvis spændeplader, og som tyndfilmsmoduler der sømmes eller limes fast til undertaget. Et eksempel på en sådan løsning er Gaias løsning til Søpassagen, hvor monteringen af panelerne har udtryk som skiffer og monteres til et fast undertag og yderligere fikseres med synlige klamper. At få selve monteringen af solceller til at mime monteringen af velkendte tag- eller facadebeklædninger fremstår således som en metode til at integrere solcellerne i det givne arkitektoniske udtryk.

29


ADDERET FLADT TAG Vinklede konsoller/stativer, ballastkasser VINKLEDE KONSOLLER/STATIVER Generelt findes der flere vinkelsystemerne der er specielt fremstillet til montering af solcellemoduler på huse med flade tage. Stativerne kan forankres med fliser der yder den nødvendige vægt for at modstå vejrforholdene i Danmark, eller i et skinnesystem der punktfunderes eller skrues direkte ned i taget således at belastningen placeres på tagkonstruktionens bærende dele. Et eksempel på et nyere konsolsystem er solar dock, der integrerer et fast skum element i bunden der beskytter taget og afleder vand. Skumkomposit materialet sikrer ligeledes en lavere modulvægt end sammenlignelige stålsystemer. Panelerne ventileres igennem en perforeret aluminiumskrone, og for at sikre stabiliteten anvendes ballast skinner. Der er således ingen gennembrydning af taget. Herudover kan vinkelstativer forankres til tagpap ved at kontaktfladerne først primes med bitumen, og derefter brændes en smal strimmel tagpap som fastholder systemet. Dette sparer gennembrydning af taget samt søgning efter tagbjælker til befæstning. Dog giver en sådan løsning udfordringer i forhold til fleksibilitet og genanvendelse da stativerne er permanent fæstnet til taget. BALLASTKASSER Ballastkasser er en simpel måde at placere solceller på et fladt tag. Vægten fra eksempelvis sten der puttes i kasserne sikrer fæstningen af solcellepanelerne, der opnår den optimale vinkling via kassernes udformning. Ballastkasserne udgør en praktisk mulighed til placering af solceller på eksisterende tag, da systemet er fleksibelt og forholdsvist mobilt. Da det er kassernes vægt der anvendes som fæstning, stiller dette dog krav til tagets underliggende konstruktion. Overordnet kan det nævnes at monteringsprincippet for ballastkasser er meget interessant grundet fleksibiliteten. Denne monteringsform repræsenterer således en fleksibel løsning til kunder der eksempelvis lejer sig ind, og derfor ikke er interesserede i at investere i BIPV. Anvendelsesområdet for ballastkasser er dog pt begrænset til fladt tag, og har en begrænset æstetisk værdi. Der kunne således ligge et interessant potentiale i at undersøge hvorvidt det fleksible princip som ballastkasser gør brug af, kunne overføres til eksempelvis facader eller skrå tage med andre udtryk og anvendelser til følge. 31


PÅ FACADE Punktfiksering, flush-fitted, glued on PUNKTFIKSERET Et punktfikseret facadesystem fungerer ved at stive moduler med solceller monteres som facadebeklædning via skruer, klamper, klips eller lignende. Punkbeslagene skrues ind i en eksisterende konstruktion såsom beton. Afstanden imellem et punktfikseret anlæg og den øvrige facade kan varierer alt efter type beslag og befæstning. Ofte anvendes punktbeslag der spænder panelerne fast fra ydersiden. Disse har den fordel at være let tilgængelige og forholdsvis hurtige at montere, men kan afstedkomme skygge på panelerne. FLUSH FITTED En ‘flush fitting’ betyder at beslaget der holder PV elementet er monteret i niveau med væggen/facaden. Selve beslaget monteres i den bærende konstruktion, eksempelvis en betonvæg, og er således adderet facaden. En flush montering indgår ofte i eksempelvis ‘curtain wall’ systemer, og giver æstetiske muligheder, da panelerne fremstår som en integreret del af facaden. Modulerne i en flush fitting kan være indsat i den bærende struktur uden brug af klamper eller skruer. Modulernes egenvægt sikrer således den strukturelle integritet. Dette giver fordele i forbindelse med udskiftning og vedligehold. GLUED ON Limede løsninger kan ligeledes anvendes i en facade. Eksempelvis kan solcellemoduler limes sammen I siderne med en silikonefuge, ikke ulig sikkerhedsglas. Herudover kan beslag til fæstning på hovedkonstruktionen limes på bagsiden af solcellemodulet. Et eksempel på et eksisterende facadesystem, der integrerer limede solceller er Schüeco’s PROSOL TF+ THIN-FILM PV, der anvender tyndfilmsolceller i et translucent lamineret modul, der kan indpasses som element i en facade.

33


SYSTEMER FACADE Glaskomponenter, curtain walls, Præfabrikerede elementer, Paneler, Lameller

TAG Shingles, Adderede paneler

GLASINTEGRERET Tag- eller facadeglas

JORDPLACERET Overdækninger, ladestationer

BELÆGNING Solceller i gulvet

INTERIØR Indvendige effekter med solceller

FREMTID? Morgendagens materialer og produktion

3


Effektivitet

SammenhĂŚng

Identitet


SYSTEMER Indledning I følgende del af rapporten undersøges, hvordan eksisterende solcelle systemer benyttes i arkitekturen. Overordnet beskrives de registrerede eksempler ud fra tre parametre: Effektiviteten - Hvordan er anlægget udført i forhold til maksimal produktion af energi? Ofte vil det være sådan, at der ikke nødvendigvis er sammenhæng imellem det mest effektive anlæg, og det mest æstetiske eller integrerede. Det vil derfor være relevant for virksomheder i PV grid grundlæggende at overveje om en maksimal produktion er det essentielle, eller om andre parametre også spiller ind. Sammenhængen - Hvor stærk er dialogen imellem det anvendte system og arkitekturen? Til tider kan et solcelleanlæg fremstå som et fremmedelement på et byggeri, og til tider kan et anlæg hæve arkitekturens kvalitet. Endeligt kan solceller være stort set usynlige og således gå i et med byggeriets øvrige materialeløsninger. For virksomheder i PV grid kan det således være relevant at overveje sammenhængen imellem arkitektur og solcelleanlæg. Identitet - hvordan profilerer systemet sig sammen med arkitekturen? Udover en investering i vedvarende energi, kan et solcelleanlæg være det element der ultimativt ‘brander’ en bygning. Det kan derfor være relevant for virksomheder i PV grid at overveje et solcelleanlæg som en investering, der kan profilere virksomheden. Kapitlet tager således udgangspunkt i eksisterende løsninger, og disse er kategoriseret efter hvor de er placeret arkitektonisk. Det undersøgte vedrører især systemets evne til at spille sammen med arkitekturen, altså hvor integreret systemet er i det arkitektoniske udtryk samt hvorvidt systemet medvirker til branding eller udsmykning af en bygning. Dette kapitel har således karakter af fag-subjektive observationer.

37


FACADE Solceller i glaskomponenter EKSEMPLER Bygningsintegrerede glasfacader med solceller kan produceres i forskellige formater med tyndfilm eller krystallinsk solcelleteknologi. PV glasset produceres ligeledes med forskellige grader af gennemsigtighed, hvilket dog har indflydelse på effektiviteten. To eksempler på huse med solceller integreret i glasfacaden er henholdsvis GENyO research center (nederste højre billede) og SML solar house (stort billede), der begge har installeret solceller i glasfacaderne, som en del af det arkitektoniske udtryk. I SML solar house består det ydre lag i facaden af en sandwich-struktur med to lag ‘float glass’ med et a-Si tyndfilm lag imellem, der på indersiden har et ekstra lag af folie (PVB folie). Det inderste lag består af tempereret glas. Imellem det ydre og indre glaslag er et luftkammer. Systemet producerer 2944 kWh årligt. I GENyOs facade optræder PV glasset i en ’Curtain Wall’, hvor 3 typer af glas er kombineret med tyndfilm, der skaber graduerende overgange i et pixeleret mønster der producere 32,000 kWh årligt. OPSUMMERING Disse eksempler illustrerer hvordan energiproduktion kan gøres til et aktivt element i den arkitektoniske udformning. Ved at give glasset forskellige grader af gennemsigtighed, kan glasmodulerne afstedkomme forskellige nuancer samt spejlinger af lys og omgivelser. Solcellerne bliver således en foranderlig dekoration af facaderne. For virksomheder med et eksponeret facadeparti i glas, kan en sådan løsning være en god mulighed for på den ene side at bevare gennemsigtigheden i glasfacaden og på den anden at få et eksponeret og integreret solcelleanlæg. En sådan løsning vil formodentlig primært være aktuel i forbindelse med nybyggeri. Dog kan man forestille sig, at en virksomhed, der ønsker en ekstra PR-værdi i forbindelse med facaderenovering, vil investerer i en bygningsintegreret glasfacade med solceller. Endelig kan glaspaneler med solceller anvendes som simpel dekorativ skalmur, monteret på lukkede facadepartier.

39


FACADE Solceller som curtain walls og udsmykning EKSEMPLER En ‘curtain wall’ kan beskrives som en facade, der ‘hænger’ på en bygning uden at være en del af dens bærende konstruktion. Bisem har udviklet curtain wall-løsninger med forskellige fleksible ramme og monteringssystemer til integrering af glas og solceller. ’SMUD Headquaters’ i Californien (øverste venstre billede), har et sådan anlæg installeret som en retrofit løsning, der giver nyt liv til bygningens udtryk. Systemet indeholder 49 CIS tyndfilms paneler, der hænger rammeløse med horisontale lodposte i silikone samlinger. Udefra er kun 2 synlige sortmalede samlinger imellem hvert panel og konstruktionen er forholdsvist godt skjult. Det færdige udtryk overlades derfor til solcellernes æstetik, som har en sort ensartet og meget homogen overflade. Et andet eksempel er GreenPix’s mediefacade i Beijing (stort billede) der kombinerer solceller med LED displays. Her er solceller med til at samle energi om dagen og drive LED lys om aftenen. Virksomheden kan bruge denne løsning til at underholde forbipasserende og samtidig profilere sig selv fra flere kilometers afstand. Panelerne kan vinkles til både at fange optimalt lys og til manipulering af LED billedet om aftenen. Mediefacaden reagerer på interne og eksterne datastrømme, og skaber et responderende miljø for underholdning og offentligt engagement. OPSUMMERING Der er mange praktiske fordele ved curtain wall løsninger. For det første er solcellerne lette at komme til og derved også at vedligeholde. Herudover bliver curtain wall’s som regel lavet i rammesystemer, hvor glas moduler eller solcellepaneler nemt kan byttes ud. Solcellerne stiller heller ikke krav til arealet, da en curtain wall i princippet kan bygges udover den eksisterende bygningsfacade. Om det færdige udtryk opleves som en værdiskabende tilføjelse til arkitekturen afhænger af den enkelte arkitektoniske kontekst, og om den bidrager til en forbedret rumoplevelse i bygningen. I en curtain wall er panelerne eksponerede, og dette giver således virksomheder en mulighed for at profilere sig. En curtain wall-løsning kan på flere måder medvirke til et dynamisk og foranderligt bygningsudtryk, via eksempelvis integreret LED eller blot reflekteret lys fra omgivelserne.

41


FACADE Præfabrikerede elementer med solceller EKSEMPLER ThyssenKrupp Steel AG har udviklet et fleksibelt bygningselement, der kan benyttes til tag og facade. I samarbejde med unisolar tilbydes bygningselementet med integrerede solceller. Solcellerne er lamineret på galvaniserede og plastik coatede stålplader, hvilket sikrer solcellerne længere levetid. Bygningselementerne benyttes til ThyssenKrupps industribygning (Stort billede), hvor forskydninger af facadeelementerne skaber dialog imellem materialerne og giver bygningen et dynamisk udtryk. Rækker af skiftevist mørkeblå solceller- og grønmalede stålplader, bevæger sig hen over facaden i rytmiske bevægelser i et varieret kurvet forløb. På afstand giver de grønne stålplader et næsten landskabeligt udtryk, hvori solcellerne kommer til udtryk som bølger der bryder de horisontale linjer i facadens false. Et andet eksempel er Ortner & Ortners Baukunsts ‘Photovoltaik Pavillon’ (billede øverst venstre mfl.), der er bygget med specialdesignede PV-paneler med CISCut tynd-films teknologi. Panelerne består af en sandwichstruktur i glas, der er monteret i en stålramme. Solcellerne kan således bruges som bygningskomponent i pavillonen. Panelerne måler 1x4 meter og står lodret op med en meters mellemrum imellem hver. Udefra er cellerne sorte, indvendigt brun- orange som følge af tyndfilmens overflade. OPSUMMERING Eksemplerne viser hvordan solcellens udtryk og format bliver en integreret parameter i udformningen af flerfunktionelle bygningskomponenter. I de viste eksempler er der dog blevet gået på kompromis med effektivitet til fordel for æstetiske parametre. Der er flere potentielle fordele ved at kombinere solcelleteknologi med andre bygningsfunktioner såsom isolering, konstruktion, klimaskærm etc. i præfabrikerede elementer. I forbindelse med eksempelvis energirenoveringer vil præfabrikerede elementer formodentligt blive en meget anvendt løsning, og i den forbindelse vil elementer der både optimere det arkitektoniske udtryk samt produceres energi fra solen være attraktive for markedet. I forbindelse med PV grid kan præfabrikerede elementer således være aktuelle i forbindelse med store og omfattende renoveringer, eller i forbindelse med nybyg.

43


FACADE Facadeplacerede paneler EKSEMPEL Der findes flere eksempler på adderede systemer til facader, der udover at producere energi kan bidrage til det arkitektoniske udtryk. Et eksempel er CF Møller og GGF’s solar shutters (stort billede mfl.) der udover at være solcelleanlæg fungerer som bevægelige skodder, der sikrer en fleksibel solafskærmning og giver facaden et foranderligt udtryk. Et andet eksempel er Boligforeningen Ringgården ’s ungdomsboliger på Århus havn, tegnet af Arkitema (øverste venstre billede). Her er solceller integreret med højhusets altanværne, som brystningspartier, der giver facaden dybde og rytme. Solcellerne er installeret i glaspaneler, så lyset kan trænge igennem panelerne i en rammeløsning, der korresponderer med indramningen af de øvrige lavenergivinduer i facaderne. OPSUMMERING Facadeadderede anlæg kan forholdsvist let tilføres eksisterende byggeri, og kan således vise sig at være en meget relevant løsning i PV grid. Kommercielle aktører såsom producenter med fabrikker har eksempelvis ofte store ensartede facader. I sådanne situationer kan et solcelleanlæg udover energiproduktion udgøre en æstetisk opgradering af arkitekturen. Facadepaneler kan bidrage med æstetiske kvaliteter, men kan også forringe en bygnings udtryk. På en stor facade kan små paneler eksempelvis hurtigt fremstå som ligegyldige objekter og man kan blive i tvivl om funktionen af dem. Ligeledes kan solcellepaneler der rager for langt frem fra facaden blive for frembrusende og dominerende og overtage en bygnings udtryk. Det er således afgørende at et facadeadderet anlæg er proportioneret og monteret så de stemmer overens med bygningen. I så fald kan facade adderede anlæg til gængæld være med til at give en bygning identitet. Eksempelvis kan glas-glas paneler anvendes som adderede paneler der dekorerer den bagvedliggende facade med lys- og skyggespil.

45


FACADE Lameller som energiproduktion og solafskærmning EKSEMPEL eksempler på både faste og bevægelige lameller, der både afskærmer og producerer solenergi. Et eksempel er SIEEB bygningen i Beijing (stort billede), der anvender polykrystallinske celler i et 1000 m2 lamelsystem. Herudover producerer Gaia Solar bevægelige skodder (nederste højre billede), der indgår i solafskærmningsløsninger med brede, vandrette og drejelige glaslameller. OPSUMMERING Hvis en virksomhed ikke har plads i facaden eller tagfladen, kan solcellelameller væren en god løsning. Især i forbindelse med kontormiljøer har solafskærmning med PV et potentiale for at reducerer overophedning i sammenspil med energiproduktion. Hvis en virksomhed ikke har plads i facaden eller tagfladen, kan solcellelameller være en god løsning. Især i forbindelse med kontormiljøer har solafskærmning med PV et potentiale for at reducere overophedning i sammenspil med energiproduktion. Ifølge en rapport fra SBi ‘Elproducerende solafskærmninger’, vil det dog ‘sjældent være optimalt at integrere solceller i bevægelige afskærmninger. Det vil normalt kun være relevant i tilfælde, hvor det er begrundet i arkitektoniske hensyn.’ Der er således flere parametre vedrørende blænding, udsyn og effektivitet der ikke taler for udvendige solafskærmninger med solcellelameller. Eventuelle anlæg med energiproducerende solafskærmning skal for virksomheder i PV grid derfor primært opfattes som en mulighed for at skabe et tydeligt anlæg med en høj grøn signalværdi.

47


TAG Shingles og formtilpassede solcellekomponenter EKSEMPLER Solceller kan indgå som et element der yder beskyttelse mod vejrforhold og samtidig producerer strøm. Disse systemer kommer i forskellige former og formater hvor de mimer udtrykket i traditionelle tagmaterialer såsom skiffer eller tegl, med henholdsvis krystallinske- eller tyndfilms teknologi. Et eksempel på et system hvor solcellerne etablerer en egen identitet, er det Schweiziske firma Sunstyle, der producere kvadratiske solcellepaneler, der erstatter tagsten og i følge “Sunstyle” opfylder alle de funktioner disse ellers har vedrørende tæthed, styrke og holdbarhed (stort billede). Sunstyle’s paneler består af 24 monokrystallinske solceller der på forsiden har hærdet glas, mens bagsiden er beskyttet med kunststof (tedlar). Kanterne på panelerne er forseglede, så fugt holdes ude og rammer er således unødvendige. Sunstyle paneler monteres som shingles men efterligner ikke et eksisterende tagmateriale. Sunstyle panelerne har således deres egen identitet og egner sig derfor bedst til bygninger, hvor hele taget skal være af solceller. Mødet med tagkanten hjælpes på vej af blikplader der integreres med Sunstyle panelerne rundt om hele systemet. Panelerne monteres, så de overlapper hinanden og derved blandt andet afleder regnvand, samtidig opstår det karakteristiske mønster der kan minde om fiskeskæl. Sunstyle benytter sig af monokrystallinske celler, der yder 135 Wp. pr. kvadratmeter. De kan monteres på konstruktioner ned til 3º (med undertag). Monteringen af SUNSTYLE er meget lig monteringen af skiffer. OPSUMMERING Da shingles som regel er designet til at efterligne specifikke tagmaterialer bliver de i installationen bragt i niveau med det øvrige tagmateriale. En pæn integrering kræver således en tilpasning af solcellerne til det specifikke tag, så installationen ikke fremstår uens med resten af taget. For virksomheder der har synlige tagflader der skal renoveres, kan et shingles system med solceller være en god løsning. Sunstyle’s karakteristiske mønster giver et særegent udtryk. Derfor skal det formodentligt dække hele taget for at skabe en pæn integrering. Et sådant system kan være en udfordring såfremt man vil have et solcelleanlæg, der er tilpasset forbruget korrekt, men kan til gengæld være relevant for virksomheder der ønsker at profilere sig via en investering i solceller. 49


TAG Adderede paneler og energisystemer EKSEMPLER Teknikerbyen i Virum har i samarbejde med GreenGo Energy fået installeret et solcelleanlæg med 2600 paneler, der producerer 540.000 kWh årligt (Nederste venstre billede). Panelerne er fordelt over 15.000 m2 tag og gør Virum til hjemby for et solcelleanlæg blandt de største i Norden. GreenGo Energy fungerer som et energiselskab, der sælger strømmen videre til kunden og står for den fulde drift af anlægget. Med konstant overvågning af solcellesystemet kan GreenGo og teknikerbyen følge med i strømmen der produceres, samt CO2 besparelser. Kunder får deres egen unikke app og dermed konstant adgang til historien og alle relevante nøgledata for anlæggets produktion og miljøbidrag. I forbindelse med overproduktion, kan strømmen sælges videre og gevinsten kan fordeles imellem GreenGo og teknikerbyen. Et andet eksempel på et adderet anlæg på fladt tag er firmaet Zinco der kombinerer grønt tag med solceller. Zinco ’s Solar Base Frames (nederste højre billede mfl.) har udviklet et system der sikrer en passende afstand mellem substratlaget og solcellerne. På denne måde sikres det at planterne underneden kan passes og samtidig får tilstrækkelig sollys og regnvand. En vigtig synergieffekt viser sig i selve byggefasen da panelerne stabiliseres med vækstmediet der sammen med planterne skaber den ballast som solcellesystemet skal bruge for at modstå vindbelastningen. Takket være dette ballastprincip er det ikke nødvendigt at gennembore tagmembranen. OPSUMMERING GreenGo ’s forretningsmodel kan bl.a. være egnet til virksomheder med ikke synlige anlæg, hvor der stadig ønskes en eksponering investeringen. Herudover kan denne type systemer være med til at øge anlæggets effektivitet og forholdet imellem energiforbrug og produktion, og dermed anlæggets økonomi. Monitorerings- og kommunikationssystemet skaber således mulighed for at inddrage medarbejdere og kunder og sende et klart signal om at virksomheden ønsker at bidrage til en bæredygtig fremtid. I forbindelse med tag adderede anlæg, kan beplantning omkring solcellerne have en afkølende effekt via evaporation og forøge solcelleanlæggets effektivitet. Et grønt tag med solceller kan således være en del af en holistisk renoveringsstrategi til regnvandshåndtering og energiproduktion.


GLASINTEGRERET Krystallinske solceller i tag- eller facadeglas EKSEMPLER Paneler hvor solceller er indkapslet imellem to lag glas, de såkaldte glasglas paneler, giver en lang række æstetiske og funktionelle muligheder for BIPV. Et eksempel på et anlæg med solceller integreret i glasmoduler er ’Gare TGV de Perpignan’ (stort billede) af det Belgiske firma Issol. Stationens passage har et glastag med solceller i glas-glas paneler med et varierende antal af solceller, der danner varierede formationer i overdækningen. Solcellerne udtrykker en vilkårlighed, som er i dialog med facademønstret i byggeriet. Issol har flere eksempler på BIPV løsninger til både tag og facade, hvor glas med krystallinske celler erstatter traditionelle glaskomponenter og udover energiproduktionen udgør klimaskærm og isolering. OPSUMMERING Med glas-glas paneler kan der laves forskellige integrerede design løsninger, hvor solcellerne bidrager til arkitekturens rumlige udtryk og stemning. Ved at variere antal og formater af solceller i glas-glas panelerne kan lysindfald og slagskygger således gøres til et aktivt stemningsskabende element. Selve lamineringen af glas-glas panelerne kan også være et middel til at skabe en bestemt oplevelse. Eksempelvis kan glasset gives et “mat” udtryk, der skaber diffuse lysindfald. Herudover kan lamineringen medvirke til at blødgøre kanterne på solcellernes slagskygger. Da glas-glas moduler er gennemsigtige bliver solcelle anlæggets ’bagside’ synlig, hvilket stiller krav til den visuelle integrering af anlæggets ledninger mm. Disse æstetiske tiltag vil ofte være udført på bekostning af en optimal effektivitet, og vil derfor formodentligt være mest attraktivt for virksomheder med interesse for en investering i et anlæg med høj arkitektonisk eksponering og værdi. De økonomiske potentialer ved glasintegrererede løsninger vil således primært være relevante i PV grid ved nybyg eller omfattende renovering, hvor glas-glas modulerne direkte kan erstatte andre byggematerialer der ellers ville være blevet anvendt.

53


JORDPLACERET Overdækninger og ladestationer EKSEMPLER Der findes en række eksempler på jordplacerede solcelleanlæg der udover energiproduktion fungerer som eksempelvis overdækning og blikfang. Et eksempel på en iøjefaldende ladestation til hybridbiler er Volvos ’Tension Pavillon’ (stort billede), hvor tyndfilms solceller er spændt ud som sejl imellem en fordrejet stålramme. Sejlet er, udover solceller, forsynet med LED lys, der ændrer farve og i scenesætter ladestationen. Solcellerne udgør et 1600 WP system, som er sydvendt, men justeret så det fanger så meget sollys som muligt samtidig med at det skaber en skulpturel form. Evt. overskudsenergien bliver distribueret til el-nettet. Tensile solar (nederste billede venstre) beskæftiger sig med letvægts, modulære systemer der producerer solenergi, skygger for solen og er vejrbestandig på samme tid. Hver solcelle er en udskiftelig del af membranstrukturen i overdækningen. De kan nemt erstattes med nye af anden teknologi for eksempel a-si, CI(G) S eller CdTe. Selve membranen i overdækningen er delvist transparent, så solcellerne er synlige fra alle sider af overdækningen. På den måde kommer solcellernes individuelle udtryk til at spille en vigtig rolle. Hver overdækning designes til de stedspecifikke forhold, hvor formen bestemmes af lys og skygge analyser, så solcellerne altid kan integreres til optimale forhold. I Tensile solar’s overdækning kan solcellerne skiftes ud med andre teknologier og på den måde være med til at ændre udtrykket. OPSUMMERING Fokus i de to ovenstående eksempler er at få så meget opmærksomhed som muligt ud af et solcelleanlæg, og således i mindre at udnytte solenergi mest effektivt. I forhold til PV grid kan jordplacerede anlæg i lette strukturer dog vise sig at være relevante, eksempelvis som overdækning ved en indgang, parkeringsplads eller lignende. Herudover kan en ’pavillon’ være med til at tydeliggøre en virksomheds investering i et mere traditionelt tagplaceret anlæg, og således fungere som en ’grøn’ reklamesøjle.

55


56


BELÆGNING Solceller i gulvet EKSEMPEL Onyx har udviklet et glassandwichmodul med integrerede tyndfilmssolceller beregnet til gulve. Deres såkaldte ’Walkable PV floor’, er bygget med en ’anti slip’ regulering, så man ikke glider på panelerne. Gulvpanelerne kan klare tryk op til 400kg og er designet til at mindre personbiler kan kører over dem. Ifølge Onyx opnår gulvpanelerne 24-45 WP på et 1200x600mm panel, hvilket tilsvarer andre anlæg med amorf silicium. Gulvpanelerne kan konfigureres med forskellige grader af gennemsigtighed på bekostning af solcellernes effektivitet. Er transparensen høj er effektiviteten lavere. Panelerne er udført i en sandwichstruktur hvor tyndfilmen er placeret imellem lag af PVB folie samt lag af glas på begge sider. LED lys er integreret i panelerne, så de kan lyse op om aftenen via strømmen som solcellerne generer. Onyx oplyser ikke nogen levetid på gulvpanelerne og man bliver fristet til at tro at levetiden er kortere end standard a-Si solcelle paneler, da de jævnligt vil blive udsat for tryk fra mennesker og eventuelt biler, der kører over dem. I og med at solcellerne installeres i gulvet er de dog lettere og formentlig også billigere at udskifte i forbindelse med vedligehold og udskiftning. OPSUMMERING Der er et interessant potentiale i at gulvet eller jorden, som vi til dagligt betræder og mere eller mindre tager for givet, pludselig aktiveres og kan generere strøm. Gulvpanelerne har potentiale for at skabe underholdningsværdi ved eksempelvis at integreret sensorer der reagerer, når folk betræder gulvet, så fliserne lyser op eller lignende. Funktionen af solceller som energiskabende produkt vil således også blive belyst på en måde, alle kan relatere til. I forhold til virksomheder i PV grid, vil solceller som en del af en gulvbelægning være relevant, hvis en virksomhed ønsker at profilere sig særligt igennem en teknologi, der har en stor nyhedsværdi. Dette vil dog kræve anseelig produktudvikling og innovation hos producenterne i projektet.

57


INTERIØR Indvendige effekter med solceller EKSEMPEL Solceller er ikke blot en energiproducerende teknologi, men kan være en udtryksfuld del af den rumlige oplevelse ved arkitektur. Onyx Solar har udviklet PV skylight (stort billede), der består af glassandwich-moduler, som er gennemsigtige nok til at kunne lukke naturligt lys ind, samtidig med at de er strømgenerende. Modulerne produceres med amorft siliciumceller og har en effekt på 50-98 WP for mindste modul med en årlig produktion på 8763 kWh i følge Onyx. De kan produceres med forskellige grader af transparens på bekostning af effektivitet og lysindfald. Desuden fås glasmodulerne også med forskellige farvet folie, der skaber et udtryk ikke ulig en glasmosaik. Tyndfilmsmaterialet fungerer også som UV filter i og med, at den infrarøde stråling optages af solcellen. Glasmodulerne er isolerende og indeholder et luft kammer, der bidrager til et bedre indeklima. OPSUMMERING Transparente tyndfilmssolceller kan manipulere med lyset og være med til at skabe en bestemt atmosfære eller sanseoplevelse. Ved at transmittere, reflektere og absorbere lyset kan det guides og være med til at skabe nye rummelige effekter, alt imens strøm produceres og indeklima reguleres. Når tyndfilmssolcellerne er integreret i glas, kan de også være med til at fremhæve glassets vitalitet og potentialer for lysets spil i materialet. Muligheder med farvetoning i tyndfilm (eller for eksempel PEC) kan også være et middel til at skabe- en bestemt stemning eller et nyt udtryk i facader og indre rum. I forhold til PV grid kan anlæg der tilbyder en særlig æstetisk oplevelse via farver, lysspil eller grader af transparens være relevant for virksomheder, der vil investere i arkitektonisk blikfang, og som således kan få solcelleenergien med som ‘gratis’, ekstra værdi. Rapporten nævner herunder en række innovative tendenser i solcelleudviklingen, som kan vise sig at have et stort fremtidigt potentiale.

59


FREMTID? Morgendagens materialer og produktion Rapporten nævner herunder en række innovative tendenser i solcelleudviklingen, som kan vise sig at have et stort fremtidigt potentiale. SOLCELLER AF VANDMÆND Forskere fra Chalmers universitetet i Gøteborg har udviklet en metode til at anvende bioluminiscente vandmænd (stort billede) som fotosensitivt materiale i solceller. Vandmanden af arten aequorea victoria indeholder et grønt fluorescerende protein (GFP), som kan benyttes til at absorbere fotoner og generere strøm. Proteinet dryppes ned på et silicium dioxid substrat imellem 2 elektroder, der reagerer når ultraviolet lys rammer solcellens kredsløb. Disse GFP-solceller virker lidt ligesom farvestof solceller, men kræver ikke samme dyre materialer så som titanium dioxid i produktionen. SOLCELLER AF NANOTRÅDE Forskere fra Norges teknisk-naturvidenskabelige universitet i Trondheim har udviklet en metode til at anvende nanotråde som byggeklodser i udviklingen af solceller. Nanotrådene påvirker ikke elektronernes vej igennem materialet og sikre derved et mindre energitab i solcellen. Forskere afprøver dyrkningen af nanotrådene på forskellige substrater såsom silicium eller grafen (midt billede nede - CrayoNano). Nanotrådene indeholder gallium eller galiumarsenid (GaAs) som er et velkendt halvledermateriale. Galliumarsenid er meget dyrt, dog skal det kun bruges i meget små mængder i produktionen og desuden vil teknologien kunne skabe højeffektive solceller der potentielt vil kunne konkurrere med priserne på de øvrige teknologier. Maskinen til fremstilling er meget dyr, hvilket hindrer denne teknologi i endnu at være markedsmoden. Det norske start up CrayoNano arbejder på at bringe teknologien på markedet. SOLCELLER AF TRÆFIBRE Forskere fra University of Maryland har udviklet et substrat af træfibre, der igennem en højteknologisk behandling gøres stort set gennemsigtigt. Da substratet kommer fra planter, er det meget billigt og miljøvenligt modsat det plastik der ofte anvendes i solceller. Den største fordel er dog at materialet både kan have en høj lystransmission og en stærk absorption af det transmitterede lys. Dette opstår ved at ændre på mikroporer og fibre i papirets struktur og indsætte nanoporer. Forskerne har coatet en silicium skive med materialet, hvilket gav en 10% effekt forøgelse. Laminerings processen er simpel og derfor vil allerede installerede solceller potentielt også kunne drage fordel af teknologien.

61


FREMTID? Ny udnyttelse af solenergi Der forskes kontinuerligt i at forøge effektiviteten på solceller og skabe nye udtryksfulde anlæg. Nedenstående gennemgår en række nyere produkter, der enten er eller snart kommer på markedet. BEEHIVE BeeHivePv (nederste billede højre) er et innovativt BIPV-produkt fra det israelske firma SolarOr. Panelets effektivitet forøges, da sollyset koncentreres på solcellerne af en prisme. BeehivePV har en dobbeltglaseret glassandwich-struktur, der ligner et tværsnit igennem en bikage. Inden i hver hexagon indkapsling ligger monokrystallinske siliciumceller. Ifølge SolarOr koncentrerer prismen sollyset med omkring 2,5 gange, og sikrer gode lysforhold uden blænding. Løsningen skal dog formodentligt ses som et æstetisk tiltag fremfor en virkelig energieffektiv løsning. VIRTU Et andet eksempel på et nyt design er Virtu (øverste venstre billede mfl.) der kombinere solceller med en solfanger, og dermed både afhjælper udfordringen med ophedning af cellerne, og udnytter varmen til at skabe energi. Virtu er formet som cylindre der kan installeres på taget eller vertikalt på facader. GLASS PYRAMID SOLAR CELL Center for Architecture, Science and Ecology (CASE) har udviklet et solcellesystem (midterste billede højre) lavet af rækker af pyramideformede glasreceptorer, der bevæger sig med sollyset i løbet af dagen, imens de forstørrer det indkomne lys og retter det imod en lille PV solcelle, som er placeret i centeret af pyramiden. Pyramideformen er med til at øge mængden af det naturlige lys indvendigt i en bygning. Endvidere er det tiltænkt at pyramiderne skal kunne bruges til at fange overskydende termisk energi og regulere klimaet. Produktet er ikke markedsmodent men repræsenterer et æstetisk system udviklet som designobjekt af arkitekter. RAWLEMON SOLAR DEVICE ’Rawlemon solar device’ (stort billede) koncentrerer sollyset igennem en sfære til et lille panel med solceller. Sfæren er fyldt med vand, der hjælper med at forstørre lysets stråler og gør det ifølge Rawlemon også muligt at høste energi fra diffust lys og endda månen. Systemet følger solens kurs ved hjælp af en indbygget sporringskomponent og producerer ifølge Rawlemon 70% mere energi end et traditionelt panel. Rawlemon er et start up og produktet kommer på markedet i oktober 2014.

63


OPSUMMERING Rapporten som udgangspunkt for videre skitsering Det overordnede formål med denne rapport er ikke at navigerer imellem solcellebranchens mange påståede fakta, eller endeligt at kvalificere de nævnte teknologiers markedsparathed. Der er således både blevet alt fra hyldevarer, der ikke i sig selv vil konstituerer noget ‘nyt’, til teknologier der i øjeblikket kun eksisterer i forskningsmiljøer, og derfor er svære at implementere i PV grid. Rapporten tænkes således anvendt som en guide til et udvalg af eksisterende løsninger og muligheder, der kan danne grundlag for en egentlig udvikling af systemer i PV grid. Således vil de muligheder og værdier rapporten skitserer kunne matches med de interesser der kan udledes fra projektets definerede interessegrupper. Rapporten kunne eksempelvis danne grundlag for spørgsmål såsom: Hvilken mulig værdiskabelse er der for en fabriksejer i at udføre et anlæg med nyeste solcelleteknologi? Hvad betyder det for en lejer af en bygning at have et anlæg med en fleksibel montering? Hvilke potentialer er der for et supermarked at have et integreret og eksponeret anlæg? Innovationen i de BIPV systemer som PV grid skal udvikle, kan således foregå på forskellige delkomponenter i den fysiske sammensætning af et anlæg. Eksempelvis en ny type celle i en standardiseret ramme, en standard celle med en ny type montering, eller et standard anlæg integreret i en kommerciel bygning på en ny måde. Herudover kommer de forskellige typer, eller systemer, man kan forestille sig matchet med behov hos kommercielle aktører, eksempelvis energiproducerende støjværn og afskærmninger, overdækninger med solceller til parkeringspladser eller ovenlysvinduer med solceller til fabriksbygninger. Rapportens formål er således at agerer som et katalog til anvendelse i udviklingen af konkrete løsninger i PV grid.

65


N 90% 75% 100%

W

95% 50%

70%

65%

E

S Solcellers ydelsesgrad i forhold til placering på byggeri

Orientering

Vest

V-SV

S-SV

Syd

S-SØ

Ø-SØ

Øst

86

86

86

86

86

86

86

15 °

84

89

93

94

93

90

85

30 °

81

90

97

99

97

91

82

45 °

77

89

97

99

98

90

79

60 °

72

85

93

97

94

86

73

75 °

65

77

86

89

86

78

66

90 °

57

67

75

77

75

68

58

Hældning i grader

Oversigtsskema over årlig produktion ved forskellig hældning og orientering

66


BILAG 1 Praktisk info Modstående diagram beskriver, hvilke forhold der er optimale for placering af et solcelleanlæg. Diagrammet tager udgangspunkt i dansk sollys og fortæller at en hældning af panelerne på omkring 40 grader plus, minus 10 (ift. vandret) vil gøre at anlægget kan være mere effektivt i forhold til solens orientering hen over dagen. For at solceller yder optimalt skal de således placeres sydvest, syd og sydøst. Der skal dog store afvigelser til før solcellerne bliver decideret ineffektive. For at få solceller til at yde optimalt er det således relevant at tage højde for følgende: - Placeringen i forhold til solens hældning og retning - Slagskygger fra omkringliggende byggeri eller beplantning - For høje temperature i panelerne - Materialekvaliteten fra producenten - Teknologi (Forskellige generationer af celler - se afsnit om generationer)

67


TYPISK ARRAY MED 8 PANELER Effekt: 1 times solskin giver 2 kWh svarende til Ca. treogtredive 60 Watts pærer tændt i en time (Under optimale forhold WP)

Typisk monokrystallinsk solcelle

Eksempler på varianter af celler

Typisk 250 WP. panel med 72 celler 158cm x 81cm x 3,5cm 1 times solskin giver 0,250 kWh svarende til Ca. fire 60 Watts pærer tændt i en time (Under optimale forhold WP)

Eks. på glas-glas paneler med forskellig afstand imellem celler.


BILAG 2 Praktisk info SOLCELLE Solcellen er den grundlæggende enhed der generer elektricitet, når solens lys rammer den. Farve og struktur, ydelse og format kan variere fra teknologi til teknologi. De mest velkendte wafer (solcelle) formater er: firkantet, firkantet med afrundet hjørner, eller helt runde. For at gøre solcellerne vejrbestandige og solide indkapsles de imellem lag af henholdsvis glas og metal. Indkapslingen har indflydelse på solcellens udtryk i form af lys- og skyggevirkninger, og indvirker på de arkitektoniske muligheder i brugen af solceller. Ved tyndfilm foregår indkapslingen ofte i glas eller plast. I plast kan tyndfilmscellerne bøjes og derved tilpasses kurvede formsprog. PANEL For at øge mængden af den producerede elektricitet, serieforbindes solcellerne og monteres i paneler. Ved tyndfilm begrænses solcelleformatet kun af størrelsen på det anvendte substrat den deponeres på. Solcellerne kan være monteret på, hvid eller sort baggrund i panelet. Den sorte baggrund vælges ofte af æstetiske årsager. Den hvide baggrund medvirker til at sikre optimal effekt ved at reflektere indfaldene lys og derved holde temperaturen lav. Panelerne er ofte indrammet af aluminium, men der findes også glas-glas løsninger uden rammer, der monteres på tage eller integreres i tag og facader. Panelets design og den anvendte monteringsløsning, spiller en rolle for hvordan solcellerne opleves. Paneler uden rammer bringer solcelleanlægget ned i skala, imens paneler med rammer fremstår som større felter, der kan bryde med den øvrige arkitekturs størrelsesordner. Sorte paneler fremstår ofte mere usynlige, da farven absorberer lyset. Selve panelet er således i høj grad et designobjekt der influerer på anlæggets samlede udtryk ARRAY Når flere paneler sættes sammen dannes et array. Det benyttes, når større arealer skal dækkes af solceller i forbindelse med installationer på tage, facader eller på jorden. Et array kan stå på taget som standard anlæg hvis primære rolle er at producere strøm, og kan ligeledes dække over en curtain wall løsning, der for eksempel er med til at afkøle sydvendte facader og indvendige rum. Selve sammensætningen af paneler influerer således i høj grad på et anlægs udtryk og funktionalitet, i form af formater og ‘mønstre’ på arrayet. Nye array løsninger i PV grid kunne være aktuelt, hvis en virksomhed ønsker et anlæg der overholder bestemte designprincipper eller som skal profileres ved en særlig æstetik. 69


ORDLISTE KILOWATTTIME (KWH) Den producerede energi fra et solcelleanlæg er angivet som produceret mængde elektricitet i watt pr. time. A-SI a-Si står for ‘amorf silicium’. Materialer med amorf struktur, som amorft silicium er irregulære og synes tilfældige i strukturen. Amorf kommer fra græsk, hvor det betyder ’formløs’. I modsætning hertil er den krystallinske struktur regulær (ordnet). BYPASS DIODE En diode der er koblet parallelt med en solcelle, for at lede den elektriske strøm fra de øvrige solceller forbi en enkelt solcelle i skygge (når de er koblet i serie). Dioden forebygger såkaldte hot spots.

KRYSTALLINSK SILICIUM I naturen optræder silicium kun som silicium dioxid, SiO2 (kvarts) eller i silikat materialer i meget uren udgave. Til solceller og computerindustrien skal det forarbejdes til krystallinsk silicium med en renhed på mere end 99,99 %. Silicium atomerne danner ikke en amorf, tilfældig struktur, men en regulær krystallinsk struktur. PN -OVERGANG Hvor et p-doteret og et n-doteret halvledermateriale mødes opstår en pnovergang. Gennem diffusion af elektroner fra n til p laget, genereres et elektrisk felt i overgangszonen. Dette felt kan separere elektron-hul par. MEGAWATT (MW) Enhed for måling af effekt. 1 megawatt = 1.000 kilowatt eller 1.000.000 watt. MEGAWATT PEAK (MWP) 1 megawatt svarer til 1.000 kilowatt peak. CURTAIN WALL ”En curtain wall (eng. ’gardin-, tæppevæg’), er en ekstra- facade eller ydre dækning, der ”hænger” på en bygning uden at være en del af dens bærende konstruktion. Bygningen kan være opført med en bærende søjleeller rammekonstruktion, som friholder facaden og derved tillader store facadepartier udført i lette materialer som fx glas.

70


ANTIREFLEKSIONS-LAG Et antirefleksions-lag har en tykkelse på blot nogle få milliontedele millimeter og består af silicium-nitrid (SiN) og minimerer tabet som følge af refleksion. Lys, der reflekteres fra en solcelles overflade, absorberes ikke, og bidrager derfor ikke til at generere elektricitet. I en solcelle øger antirefleksions-laget derfor udbyttet og effektiviteten. ELEKTRISK FELT Et elektrisk felt dannes, når en strøm løber gennem en leder. Feltet udøver en kraft på ladningsbærere. På grund af deres forskellige ladning bevæger elektroner og huller i et halvledermateriale sig i modsatte retninger, når der påføres et elektrisk felt, og de kan derfor blive separeret af et felt. I de fleste solceller genererer pn-overgangen et elektrisk felt FOTOVOLTAIK Ved den fotovoltaiske proces omdannes lysenergi, specielt solenergi, til elektrisk energi. Det har været anvendt til energiforsyning (oprindeligt til satelitter) siden 1958. Ordet fotovoltaik er sammensat af foto – græsk for ’lys’ og volta – efter Allessandro Volta, pioneren indenfor elektricitet. SOLCELLE Solceller konverterer lysenergi (oftest sollys) til DC, ved at udnytte den fotovoltaiske effekt. Når fotoner rammer halvledermaterialet, frigøres elektroner. Disse genererer en elektrisk strøm. HALVLEDER En halvleder opnår elektrisk konduktivitet ved påvirkning af lysstråling. Muligheden for at påvirke konduktiviteten ved hjælp af dotering gør halvledere til en vigtig faktor i fremstilling af solceller. I alt 80 % af alle solceller, der produceres på verdensplan, er fremstillet af halvledermaterialet silicium, det næstmest almindeligt forekommende materiale på jordens overflade. KILOWATT (KW) Outputtet fra et solcelleanlæg - med andre ord, den elektriske strøm produceret af et solcelleanlæg – måles i kilowatt (1 kW = 1.000 W). KILOWATT PEAK (KWP) Enhed til måling af den nominelle kapacitet af en solcelle eller et solcellemodul. Værdien er målt under standardiserede testbetingelser. Da disse betingelser ikke afspejler de virkelige forhold i et installeret anlæg, kan de bruges til en direkte sammenligning af outputtet fra forskellige moduler. Måling af et modul foregår ved en modultemperatur på 25 °C og en indstråling på 1.000 W/m2. 71


CLEAN ENERGY FOR COMMERCIAL PLAYERS

CLEAN ENERGY FOR COMMERCIAL PLAYERS

Pv grid teknologirapport  

Rapport der beskriver eksisterende teknologier og fremtidige muligheder for solceller i arkitektur

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you