Использование вертикальных солнечных лучей в городских условиях, ограниченных пространством

По мере того, как городское население набухает, а недвижимость становится все меньше, города по всему миру сталкиваются с двойной проблемой: удовлетворение растущих потребностей в энергии при одновременном сокращении выбросов углерода. Традиционные наземные или на крыше солнечные батареи часто конкурируют с ограниченным горизонтальным пространством, подталкивая новаторов смотреть вверх. Вертикальные солнечные батареи - панели, установленные на фасадах зданий, стенах или отдельно стоящих башнях - предлагают убедительное решение. Используя недостаточно используемые вертикальные поверхности, эти системы генерируют чистую энергию, не жертвуя драгоценной наземной областью. В этой статье исследуются технологии, преимущества, реальные приложения и будущий потенциал вертикальных солнечных батарей в условиях ограниченного пространства.

Понимание вертикальных солнечных лучей

Определение и дизайн

Вертикальные солнечные батареи состоят из фотоэлектрических (PV) модулей, установленных на вертикальных поверхностях, включая стороны зданий, шумовые барьеры вдоль шоссе или специально построенные башни. В отличие от обычных систем крыши, которые наклоняются к экватору, вертикальные панели обычно монтируются на 90 градусов к земле, обращенные на восток и запад, чтобы захватить утренний и дневной солнечный свет. Эта ориентация может быть особенно выгодной в плотных городских пейзажах, где высотные здания создают сложные затеняющие узоры в течение дня.

Конструкция вертикальной решётки зависит от её метода интеграции. Строительные интегрированные фотоэлектрические элементы (BIPV) заменяют обычные облицовочные материалы солнечными панелями, а строительные фотоэлектрические элементы (BAPV) прикрепляют панели к существующим стенам. Отдельные вертикальные стойки также используются на стоянках, вдоль железнодорожных коридоров и на неиспользуемых строительных неудачах.

Виды вертикальных лучей

Инженеры разработали несколько конфигураций для оптимизации захвата энергии и эстетики:

• Бифазные вертикальные панели — Эти модули захватывают солнечный свет с обеих сторон, значительно повышая выход энергии. При вертикальном монтаже передняя сторона получает прямое излучение, в то время как задняя сторона собирает отраженный свет от земли или прилегающих поверхностей.Исследования Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) показывают, что двусторонние вертикальные массивы могут производить на 30% больше энергии, чем монофазные системы в городских условиях с высоким альбедо.
• FLT:0 Вертикальная фиксированная панель FLT:1 — более простые односторонние панели, установленные постоянно на 90 градусов, часто используемые на южных стенах в северном полушарии.
• Передвижные или вертикальные трекеры — Некоторые установки используют вертикальные осевы трекеров, которые вращают панели, чтобы следовать за солнцем, захватывая больше энергии, но требуя дополнительной механической сложности и пространства.
• Прозрачные или полупрозрачные модули — Используются в занавесных стенах и окнах для поддержания естественного света при производстве электроэнергии, идеально подходит для коммерческих башен.

Как они захватывают солнечный свет

Вертикальные массивы ведут себя иначе, чем наклонные. В городах в средних широтах вертикальная панель, обращенная на юг, получает меньше общего годового излучения, чем наклонная панель, обращенная на юг, но она лучше работает в зимние месяцы, когда солнце находится низко в небе. Ориентированные на восток и запад вертикальные массивы производят два различных пика - утром и днем - которые могут хорошо соответствовать профилям нагрузки на здание и уменьшать зависимость от накопления пыли и снега. Кроме того, вертикальные панели меньше подвержены воздействию пыли и снега, потому что гравитация помогает сбрасывать мусор, снижая требования к техническому обслуживанию.

Подробное моделирование Международного энергетического агентства (МЭА) показывает, что правильно спроектированные вертикальные массивы могут достигать коэффициентов мощности, сопоставимых с системами на крыше, в сочетании с двухсторонней технологией и отражающими городскими поверхностями.

Основные преимущества плотной городской среды

Космическая оптимизация

Наиболее очевидным преимуществом является эффективное использование вертикальной недвижимости. В таких городах, как Гонконг, Манхэттен или Лондон, где цены на землю превышают 10 000 долларов за квадратный метр, каждый квадратный фут имеет значение. Вертикальные массивы превращают пустые стены, шахты лифтов и неиспользуемые строительные неудачи в энергогенерирующие активы. Они не конкурируют с парками, тротуарами или удобствами на крыше, что делает их идеальным распределенным энергетическим ресурсом для мегаполисов.

Характеристики энергетической доходности

Помимо экономии пространства, вертикальные массивы предлагают уникальные характеристики:

• Сокращение посадок — Вертикальные панели собирают меньше пыли и птичьего помета, поскольку поверхности не горизонтальны. Дождь промывает их более эффективно, часто устраняя необходимость в активной очистке.
• Бифациальный прирост — При установке на светлых стенах или над отражающими поверхностями (например, бетонные, белые крыши), задняя сторона двухфазных модулей может вносить 10-25% дополнительной энергии.
• Лучшая производительность при рассеянном свете — Городские среды часто имеют туманное небо. Вертикальные панели могут захватывать рассеянный свет со всех сторон, особенно при использовании современных антибликовых покрытий.
• Низкие температурные коэффициенты — Вертикальные модули испытывают лучший поток воздуха за ними, снижая рабочие температуры и повышая эффективность по сравнению с горячими крышами.

Эстетическая и архитектурная интеграция

Современные вертикальные солнечные батареи разработаны с учетом эстетики. Пользовательские панели, пользовательские формы и встроенное фотоэлектрическое стекло позволяют архитекторам создавать визуально поразительные фасады, которые также генерируют энергию. Например, Солнечная резная башня в Нью-Йорке использует пользовательские синие модули, которые имитируют традиционные стеклянные стены, сочетая устойчивость с культовым дизайном. Такая интеграция может увеличить стоимость недвижимости и претендовать на сертификаты зеленого здания, такие как LEED и BREEAM.