太陽光発電換気と排気システムとは何ですか?

太陽光発電および排気システムとは、太陽光発電(PV)パネルから運用エネルギーを導き出す機械式エア・ムービング装置です。電力を電力から引き出す従来の換気とは異なり、これらのシステムは、太陽光を直接電力に変換し、ファン、送風機、排気ユニットを駆動します。都市ビルでは、自然交差換気が頻繁に周囲構造によって妨げられ、大気質が交通および産業排出量によって侵害される可能性がある場所、これらのシステムは、屋内環境の低い維持に役立ちます。

コアコンポーネントには、ソーラーパネル(典型的に単結晶または多結晶)、充電コントローラー、バッテリーバンク(断続的な使用または夜間操作のために)、および1つ以上のファンユニットが含まれます。一部のシステムは、変換損失を排除するために、直接電流(DC)で動作し、他の人は、電流(AC)の互換性を変更するためのインバータを組み込む。この技術は、屋根集積されたPV配列とビル統合型太陽光発電(BIPV)がシームレスに、美的負荷を補正することなく電力を供給することができます。

都市のコンテキストで太陽換気がどのように機能するか

アーバンビルは、建物密度が高く、限られたウィンドウの開口部、および汚染物質をトラップするストリートキャニオンにより、不十分な自然換気にしばしば苦しんでいます。 太陽光発電システムが、汚染された内部空気を排出し、新鮮な屋外空気を引き出し、強制的な気流を作成することによってこれに対処する。 典型的な動作サイクルには、

  • 昼間操作:]]]ソーラーパネルは、電気、キッチン、バスルーム、または全ビルの屋根裏地空間で排気ファンを動力を与えます。 過剰なエネルギーは、後で使用するために電池を充電することができます。
  • ナイトタイムまたは低光操作:[保存された電池エネルギーは、ベースライン換気を維持し、湿気の蓄積を防ぐファンをスピードを上げます。
  • []グリッド・インターアクティブモード:[] 一部のシステムには、グリッドへのバックアップ接続が含まれており、拡張されたクラウド期間の間に連続動作させることができます。

高層ビルでは、屋上ソーラーアレイは、ダクトシステムを介して複数の換気ゾーンにサービスを提供することができます。また、小さなソーラーパネルを備えた分散型ファンユニットは、個々のアパートメントに設置され、レトロフィットがシンプルで費用対効果の高いものにすることができます。

都市建物の主な利点

エネルギーコスト削減

ビルの総エネルギー使用量が著しい部分の換気口座は、商業施設では20～40%のものが多い。太陽光発電システムは、この需要を大幅に削減することができます。多くの都市で利用可能な純測量方針では、余剰太陽光発電は、他の建物の負荷を相殺し、ユーティリティ法案をさらに削減することができます。

屋内空気の質(IAQ)の改善

アーバン屋内スペースは、揮発性有機化合物(VOC)、二酸化炭素、調理用フューム、水分を蓄積する傾向にあります。連続した太陽光動力を与えられた排気は、これらの汚染物質を取り除き、呼吸器疾患および金型の成長の危険性を低下させます。 U.S.環境保護庁]]から研究は、効果的な換気が50〜80%の屋内汚染物質濃度を減らすことができることを実証しています。

カーボンフットプリント削減

グリッド電力を分散させることにより、太陽光換気システムは、建物がネットゼロまたはカーボンニュートラル状態を達成するのに役立ちます。 太陽が生成するキロワット時ごとに、CO2排出量の約0.4〜0.9 kgが回避されます(ローカルグリッドミックスによって異なります)。 []]国民再生可能エネルギー研究所商業ビルの普及が毎年何百万トンの都市排出量を削減できるプロジェクト。

レジリエンスとグリッド独立性

蓄電池システムを搭載した太陽光発電システムは、グリッドの停電時に作動し、多家族住宅、医療施設、学校での重要な換気を維持することができます。極端な気象イベントがより頻繁になるにつれて、このレジリエンスはますますます重要になります。

都市設定における実装戦略

集中システム用の屋上ソーラーアレイ

最も一般的なアプローチは、複数のフロアにサービスを提供するセントラル排気ファンに接続されたフラットまたは傾斜屋根にPVパネルを設置します。 適切な方向性と傾斜はエネルギー収穫を最大化しますが、隣接するタワーから都市屋根のシェーディングは、サイト評価中に考慮する必要があります。 米国から[PVWatts[]]のようなツールは、エネルギー省庁が生成の可能性を推定するのに役立ちます。

ファサードに建築統合型太陽光発電

屋根スペースが限られている高密度地区では、BIPVは、太陽光モジュールを窓の色合い、スパンドレル、またはクラッディングに統合することができます。 これらの垂直配列は、低効率性を持っているかもしれませんが、各フロアに専用の排気ファンを電力を供給することができます。 シンガポールやニューヨークなどの都市でのケーススタディは、ファサードマウントPVで30〜60%の換気負荷が満たされています。

ヒートリカバリーによるハイブリッドシステム

太陽エネルギーの回復換気装置(ERV)または熱回復換気装置(HRV)と太陽エネルギー排気を結合することはエネルギーおよび慰めを両方を最大限に活用します。太陽エネルギーは熱交換の中心の前提条件が空気に入って来る間、ファンを、熱するか、または冷却装置の負荷を減らす運転します。この構成は極度な温度の気候で特に有効です。

課題と実践的考察

相互送金とバッテリーの保管

太陽の出力は、天候と一日の時間を変化させます。特に夜間や曇りの期間に、一定の換気を維持するためには、バッテリーバンクは不可欠です。リチウムイオン電池は、高いサイクル寿命とコンパクトなサイズを提供しますが、それらは、上面コストを追加します。小さな建物のために、バッテリーのないグリッドタイドシステムは、停電中に換気が停止する可能性がありますが、依然として、全体的なエネルギー使用を削減することができます。

シェーディングと空間の制約

アーバンキャニオンと高隣接構造により、PV出力を大幅に削減するシャドウをキャストできます。 SOLmetric SunEyeやHeliosなどのツールを使用して詳細なシェーディング解析は、インストール前に必要です。 場合によっては、マイクロインバータまたはパワーオプティマイザは、部分的なシェーディング効果を緩和するのに役立ちます。

メンテナンスと長寿

ソーラーパネルは、埃、鳥の落し、都市の悲嘆を除去するために、時折清掃が必要です。換気扇は、ブレード、ベアリング、およびフィルタの定期的な検査を必要とします。 全体的なシステム寿命は、ファンとバッテリーの10〜15年のパネルと10〜30年です。 建物所有者は、コンポーネントの交換のための予算が必要です。

建物コードと許可

ローカルビルコードは、火災安全、構造的ローディング、電気相互接続要件を予測することができます。排気システムでは、ASHRAE規格62.1(可搬性内空品質への流入)に準拠することは、重要なことです。ローカル規則に精通したライセンスエンジニアに相談してください。

投資に関するコスト分析とリターン

太陽光発電システムへの初期費用は、サイズによって異なります。1kW PVと500 CFMファンの小さな住宅ユニットは、1,000万ドルの費用がかかり、商用システムには10kW PVと複数のファンが15,000〜$30,000を実行できる一方で、50万ドルの電力が導入される可能性があります。 米国における連邦投資税クレジット(ITC)などのインセンティブは、現在の30%の州のリベート、および加速された償却が純コストを削減することができます。 ペイバックは、通常、8年間無料電力を納入する期間です。

操作は、高温、湿った空気を除去することにより、太陽動力を与えられた排気が空気調節の要求を減らす高冷却負荷の気候で最高です。 加熱された地域では、熱回復システムは暖かい屋内空気を失うことを避けるために推奨されます。

未来のトレンドとイノベーション

スマートコントロールとIoT統合

システムは、センサーを使用して、屋内CO2、湿度、および粒子状物質(PM2.5)を監視し、ファンの速度を調節して、エネルギーを節約しながらIAQを維持します。クラウドベースのプラットフォームは、リモート監視と予測メンテナンスを可能にし、ダウンタイムを削減します。

ビル統合マイクログリッド

太陽光発電は、PV、バッテリーの貯蔵、および制御可能な負荷を組み合わせるより大きな建物のマイクログリッドのますますます一部です。ピーク要求期間の間、換気システムは、バッテリーから負荷を流したり、操作したり、需要の充電を下げたりすることができます。このアプローチは、[]と整列します。エネルギーの建設統合研究の部門。

太陽煙突とパッシブの強化

純正電源はPVではなく、太陽煙突(空色シャフト)を熱風にし、自然を上書きさせる)は、気流を上げるために小さなファンと組み合わせることができます。このハイブリッドパッシブアクティブシステムは、グリッドの停電中に換気を維持しながらファンのエネルギーを削減します。

リアルワールド・ケース・スタディ

ニューヨーク州の多戸改装

ブルックリンに12階建てのアパートメントビルが設置された50kWのソーラーパネルが屋根に設置され、共通の廊下と40のアパートメントバスルームに排気ファンを動力としています。 2年以上にわたり、換気のための電気費が72%低下し、荷物の多い空気の苦情は60%減少しました。 このプロジェクトは、ニューヨーク州エネルギー研究開発機構(NYSERDA)から資金を受けました。

シンガポールの商業オフィスタワー

30階建てのオフィスタワーは、BIPVパネルを南向きのファサードに統合し、15 kWピークを作り出しています。これらのパネルは、階段と機械床にある10排気ファンのネットワークを出力します。システムは、ピークの太陽時間の間に建物の換気負荷の35%をカバーし、全体的なエネルギー使用強度の12%削減に貢献します。

コンテンツ

太陽光発電および排気システムでは、よりエネルギー効率の高い都市ビルのより健康に実用的なパスを提供します。再生可能エネルギーを活用して、重要な空気の動きを推進することで、建物所有者は、運用コストを削減し、二酸化炭素排出量を削減し、回復力を強化しながら、屋内環境品質を向上させることができます。 テクノロジーコストが引き続き低下し、スマートビルディングシステムとの統合が標準になります。これらのシステムは、持続可能な都市設計の主なストリーム機能になります。 建築家、エンジニア、ポリシーメーカーにとって、ソーラーベンディングは、今日のメリットと地球の両方を先導する予定です。