Neue Solaroptionen machen Gebäudefassaden zu Kraftwerken

Wenn Sie durch das sonnendurchflutete Atrium des Edmonton Convention Center gehen oder das dramatisch geneigte Dach der Varennes-Bibliothek in einem Vorort von Montreal erblicken, ist es nicht offensichtlich, dass diese Gebäude Strom erzeugen. Schließlich sind auch keine traditionellen Sonnenkollektoren auf dem Dach befestigt.

Doch die semitransparenten Oberlichter des Atriums und die Schindeln auf dem Schrägdach sind mehr als nur Schutz vor Witterungseinflüssen – sie sind gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV). Das heißt, sie bestehen aus Sonnenkollektoren.

Es ist eine Lösung, die von Elon Musk, CEO von Tesla, angepriesen wird. die 2017 mit dem Verkauf von Solardachziegeln in den USA begann. Seitdem ist eine Reihe von in Kanada hergestellten Optionen für verschiedene Gebäudeteile auf den Markt gekommen – und im ganzen Land sind Installationen entstanden, die zeigen, was möglich ist.

Die von Kuby Energy installierten gläsernen Oberlichter des sonnendurchfluteten Atriums des Edmonton Convention Centre stellen die größte BIPV-Installation in Kanada dar. (Kuby Erneuerbare Energie)

Hier ist ein genauerer Blick darauf, wie sich BIPV von herkömmlichen Solarmodulen unterscheidet und warum viel mehr Teil der Gebäude der Zukunft sein können.

Was ist gebäudeintegrierte Photovoltaik?

Während herkömmliche Sonnenkollektoren an Gebäuden befestigt werden, sind BIPVs eingebaut das Äußere als zentrale Elemente.

Es kann alles sein, was der Sonne ausgesetzt ist: Schindeln, Fenster, Verkleidungen, Oberlichter, Pergolen, Balkongeländer. Ein Unternehmen, Mitrex aus Toronto, plant sogar, damit Gewächshäuser und Lärmschutzwände für Autobahnen zu bauen.

BIPV-Systeme sind wie andere Sonnenkollektoren darin, dass sie saubere Energie erzeugen, die als Backup-Strom verwendet oder an das Netz verkauft werden kann. Sie müssen jedoch anders gestaltet sein, um andere Funktionen zu erfüllen, wie zum Beispiel Wind und Regen abzuhalten oder natürliches Licht hereinzulassen.

Aus diesem Grund gibt es BIPV-Panels in einer viel größeren Vielfalt an Formen, Größen, Farben und Transparenzen.

Warum sollten Sie BIPV verwenden, anstatt herkömmliche Sonnenkollektoren zu installieren?

Sie vergrößern den Raum oder die Fläche, die zur Erzeugung von Solarstrom zur Verfügung stehen.

An Orten wie Städten kann es schwierig sein, den Platz für die Installation herkömmlicher Solarmodule zu finden. „In der Innenstadt gibt es so viel ungenutzte Glasfläche an Wolkenkratzern und Gebäudewänden und -fenstern“, sagte Adam Yereniuk, Betriebsleiter von Kuby Renewable Energy, dem Unternehmen hinter der BIPV-Installation im Edmonton Convention Centre, Kanadas größtem mit einer Kapazität von 169 kW.

Das Unternehmen arbeitete auch an einer fünfstöckigen Residenz am Red Deer College, die an drei Seiten mit Solarglas verkleidet ist – insgesamt 545 Paneele.

Dieses Haus in Ontario verfügt über Solarschindeln, die von PV Technical Services mit Sitz in St. George-Brant County, Ontario, entwickelt wurden. (PV-Technische Dienste)

BIPVs können die Installation vereinfachen und potenziell Kosten sparen.

PV Technical Services mit Sitz in St. George-Brant County, Ontario, installiert seit mehr als einem Jahrzehnt herkömmliche Solarmodule. Mitbegründerin Katherine Zhou sagte, Kunden hätten sich gefragt, warum sie zuerst einen Auftragnehmer beauftragen mussten, ihr Haus neu zu decken und einen anderen, um die Racks und Paneele darauf zu installieren – zumal die für die Paneelinstallation erforderliche Dachdurchdringung die Dachgarantie erlöschen ließ.

Also entwickelte das Unternehmen 2016 eine eigene Solarschindel. Jetzt kann ihr Unternehmen zu Kosten, die Zhou schätzt, die denen einer Metalldachinstallation entsprechen, Solarschindeln einbauen, die sowohl das Dach vor den Elementen schützen als auch Strom erzeugen. “Das erspart eine Menge Kopfschmerzen”, sagte sie.

Sie können potenziell länger halten als herkömmliche Baumaterialien.

Andreas Athenitis, ein Forscher an der Concordia University in Montreal, der BIPV untersucht, sagte, dass während Asphaltschindeln normalerweise etwa 15 Jahre halten, Sonnenkollektoren 30 Jahre halten können, wobei der Wirkungsgrad nur geringfügig abnimmt. (Viele Solarschindelsysteme, wie zum Beispiel das von PV Technical Services, sind „smart“ und ermöglichen Ihnen die Überwachung und ggf. den Austausch einzelner Schindeln.)

Die Varennes Library in einem Vorort von Montreal ist ein Netto-Null-Gebäude. Die BIPV-Paneele in seinem Dach liefern sowohl Strom als auch etwas Wärme. (Concordia-Universität)

Sie können sowohl Wärme als auch Strom erzeugen.

In der Bibliothek von Varennes wird die in das Lüftungssystem eingesaugte Außenluft von den Sonnenkollektoren vorgewärmt, bevor sie das Gebäude betritt (das auch über ein geothermisches Heizsystem verfügt), sagte Athenitis. Das kühlt auch die Panels, die bei zu großer Hitze nicht so viel Strom erzeugen.

Eine Wärmepumpe kann möglicherweise hinzugefügt werden, um die Raum- und Wassererwärmung der Paneele zu erhöhen und die Energiemenge pro Fläche, die das System insgesamt bereitstellen kann, zu erhöhen.

Sie können Materialien mit einem höheren CO2-Fußabdruck ersetzen.

Mitrex ist ein in Toronto ansässiges Unternehmen, das BIPV-Verkleidungen herstellt und den Bau von Schallschutzwänden für Autobahnen plant. Das sind zwei Dinge, die oft aus Beton bestehen, der einen höheren CO2-Fußabdruck hat als Glas- und Silizium-BIPV-Panels.

„Also nehmen wir den Kohlenstoff [out of the] System einfach durch die Installation”, sagte Danial Hadizadeh, CEO des Unternehmens. Im Laufe der Zeit werde die von den BIPV-Modulen erzeugte erneuerbare Energie die Emissionen kompensieren, die für ihre Herstellung verwendet wurden.

Danial Hadizadeh, CEO von Mitrex, steht mit einer Solarverkleidung, die von seiner Firma in Toronto hergestellt wird. Das Unternehmen stellt auch Solarfenster und -dächer her und plant, seine Produktlinie auf Paneele für Gewächshäuser und Schallschutzwände für Autobahnen zu erweitern. (Mitrex)

Sie haben ein einzigartiges Aussehen.

BIPV macht ein visuelles Statement, sagte Yereniuk.

“Wenn Sie durch das Edmonton Convention Centre gegangen sind, können Sie aus erster Hand sehen, dass es etwas Beeindruckendes schafft, das Sie mit keinem anderen Standardglas erreichen können.”

Können sie so viel Strom produzieren wie herkömmliche Sonnenkollektoren?

Ihre Effizienz hängt von den verwendeten Materialien und deren Transparenz ab. Opake Paneele können einen Wirkungsgrad haben, der mit herkömmlichen Solarpaneelen aus dem gleichen Material vergleichbar ist.

Transparente oder halbtransparente Paneele sind weniger effizient, da per Definition ein gewisser Teil der Sonnenenergie direkt durch sie hindurchgeht, ohne absorbiert zu werden. Hadizadeh sagte, dass die halbtransparenten Module seines Unternehmens im Vergleich zu herkömmlichen Solarmodulen etwa 50 bis 75 Prozent effizient sind.

BIPV-Fenster können transparent sein, wie diese am Seneca College in Toronto, aber sie erzeugen mehr Energie, wenn sie undurchsichtig sind. (Belcor-Technik)

Da BIPV-Paneele jedoch dort platziert werden, wo sie ihren Zweck als Verkleidung, Fenster usw. am besten erfüllen, sind sie normalerweise nicht wie herkömmliche Paneele für Sonneneinstrahlung optimiert und erzeugen daher möglicherweise weniger Strom.

Hadizadeh hofft, dass Architekten und Bauherren, wenn sie sich mit BIPV vertraut machen und sein Potenzial verstehen, anfangen werden, Gebäude “so zu entwerfen, dass wir die Kraft der Sonne maximieren”.

Warum haben nicht mehr Gebäude diese installiert?

Yves Poissont, Research Manager und Senior Specialist für Solar Voltaic Technologies bei Natural Resources Canada, schätzt, dass alle BIPV des Landes derzeit über weniger als ein Megawatt Stromkapazität verfügen, was weniger als ein Prozent des verteilten Photovoltaikmarktes entspricht .

Bei BIPV gibt es eine Reihe von Herausforderungen, die typisch für eine neue Technologie sind:

Mangelnde Verfügbarkeit. Bis vor kurzem beruhten die meisten Installationen auf Produkten, die hauptsächlich von Onyx Solar in Spanien importiert wurden, und sie mussten angepasst werden, anstatt in Massenproduktion hergestellt zu werden.

Kanadische Unternehmen wie PV Technical Services und Mitrex beginnen jedoch, Zugang zu Solarschindeln bzw. -verkleidungen zu bieten, die lokal entwickelt und hergestellt werden.

Zhou sagte, PV Technical Services habe bereits mehrere kanadische Installationen. Mitrex geht davon aus, im Juli ein neues Werk in Toronto zu eröffnen, um die Herstellung von Verkleidungen für seine ersten Kunden zu erweitern, die voraussichtlich im Herbst installiert werden. Kuby Energy, das derzeit Tesla Powerwalls in Kanada vertreibt, plant, Teslas Solardach zu verkaufen, sobald es in Kanada verfügbar ist, was später in diesem Jahr erwartet wird.

So sieht das Atrium des Edmonton Convention Center von außen aus. (Kuby Erneuerbare Energie)

Technische und regulatorische Herausforderungen. BIPV-Produkte sind sowohl als Baumaterialien als auch als Elektromaterialien reguliert und müssen daher zwei Anforderungen erfüllen. Hadizadeh sagte, dies erfordert viele Tests und die Zusammenarbeit mit der Regierung, um Vorschriften für ein neues Produkt zu erstellen.

Athenitis sagte, um die Einführung dieser Technologien zu fördern, müssen die Bauvorschriften geändert werden und die Regierungen müssen die richtigen Anreize bieten.

Inzwischen sind die meisten Handwerker damit nicht vertraut, und Athenitis sagte, es müsse mehr Bildung geben.

Kosten. Im Moment ist es im Voraus ziemlich teuer, obwohl der Strom, der während seiner Lebensdauer erzeugt wird, dies letztendlich ausgleichen sollte, sagte Yereniuk. Hadizedah sagte, sein Ziel in den nächsten Jahren sei es, die Kosten der Produkte von Mitrex so weit zu senken, dass sie den Kunden ohne Vorabkosten angeboten werden können – stattdessen würden sie für den während der Lebensdauer der Module erzeugten Strom bezahlen (ähnlich auf den Weg Geothermieprojekte werden oft in Eigentumswohnungen finanziert).

“Es wird definitiv an Fahrt gewinnen, wenn mehr Menschen erkennen, dass es sich um eine praktikable Technologie handelt”, sagte Yereniuk. “Die Branche verändert sich sehr schnell und die Technologie wächst und schreitet schnell voran, und die Kosten sinken schnell.”

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