Fotovoltaic-Integrated Concrete Structures
Yapılı çevre, küresel enerjinin neredeyse% 40'ını tüketiyor, pasif yüzeyleri aktif enerji jeneratörlerine dönüştüren teknolojiler için acil talep ediyor. Entegre fotovoltaik (PV) sistemlerle beton yapıları tasarlayın - mevcut binalarda bulunan fotovoltaik sistemler beton (BIPV-concrete) - mimarlar, mühendisler ve yeni bir paletler sunan bir paradigma değişikliği sunuyor.
Betonun ubiquity, termal kütle ve dayanıklılık, bu hızla maturing alanı tanımlayan ideal bir araştırma yapar, ancak entegrasyon, betonla ilgili karmaşık sorunlarla ilgili olarak, profesyoneller, arazi yoğun güneş çiftlikleri için ihtiyaçları keşfeder ve kendini güçlü altyapı yaratır.
Tümleşik Photovoltaic Betonun Avantajları
Betonun ısıtıcı gücünü güneş enerjisi yakalama ile birleştirerek, ayrı sistemlerle elde etmek zor olan birkaç farklı fayda sağlar.
Çift Fonksiyonlar: Yapı ve Güç Jeneratör
Bir binanın zarfının her kare metresi potansiyel bir enerji varlık haline gelir. Entegre PV beton, her bileşeninin faydasını maksimize ederek, betonun kendisini, yüzey ve koruyucu kabuğu olarak hizmet eder.Bu çift kullanım yaklaşımı, her bir bileşeninin faydasını maksimize ederek, dairesel ekonomi ilkelerine uygundur.
Geliştirilmiş Durability ve Hava Koruma
Betonda gömülü fotovoltaik hücreler, beton emiciler ve beton yapılarının 50-100 yıllık beton yapılarına uygun şekilde ayarlandığında, maruz kalan panellerde daha az bozulmamış PV modüllerin tekrar dağıtılması nedeniyle, beton absorbsiyonları ve yeniden dağıtımları ile ısınmış ısınmış stresler.
Mimari Estetik ve Tasarım Özgürlüğü
Gömülü PV sistemleri, el yıkama, sorunsuz yüzeyler olarak tasarlanabilir - ne opak veya translucent - mimarlar görsel uyum bozmadan temiz hatları korumak için temiz hatları korumak için. Renkten alınan güneş hücreleri, desenli yapılar ve çeşitli şeffaflık seviyeleri, örneğin ince film PV panellerinin eşleştirilemeyeceği esnekliği sunabilir.
Uzay Verimliliği ve Şehir Entegrasyonu
Zemin uzayının yetersiz olduğu yoğun kentsel ortamlarda, göklerin dikey yüzeyleri, park yapıları ve otoyollar boyunca ses bariyerleri enerji koleksiyonu için asal olarak gayrimenkul haline gelir. Entegre PV beton bu yüzeylerin dağıtılmış jeneratörleri haline gelir, elektrik üretmekle tam olarak tüketilir.15.Mutfak bölgelerden yapılan araştırmalar:0) Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı) Binaya dahil edilen PV'nin tek başına% 10-15'ine katkıda bulunabileceğini gösterir.
Yapısal Dürüstlük ve Elektrik Performansı için Tasarım
PV sistemlerinin betona entegre edilmesi, sadece bir yüzeyde gluing güneş hücrelerinin bir meselesi değildir. Tasarım, malzeme etkileşimleri, yük yolları, termal davranış ve elektrik güvenliği için dikkate alınmalıdır.
Malzeme Uyumluluk ve Curing Challenge
Taze beton, hidrasyon sırasında önemli ısı yaratır, iç sıcaklıklar genellikle 60°C. Birçok standart fotovoltaik hücreyi aşıyor - özellikle kristal silikon - 85°C'nin üzerindeki fiziksel hasarlar veya fiziksel hasarlar gibi) ve ıslak betonun alkali ortamı, yüksek sıcaklık toleransı veya gecikme yükleme için derecelendirilmelidir. Alternatif olarak, kompozit iç içe geçmiş betonlar (örneğin polimerler)
Yapısal Yük Entegrasyonu
Fotovoltaik modüller ölü yük ekler, ancak daha eleştirel bağlantı noktalarının nasıl yönlendirildiğini modellemektedirler. PV hücreleri beton panelinde gömülürken, çevreleyen betonun etrafındaki yükleri bozmaya neden olmadan transfer etmelidir (~2.6 × 10-6 /K) Bu sayede, organik maddede artış gösteren potansiyelleri artırmak için kullanılır.
Elektriksel Bütünleme ve Güvenlik
Wiring, kavim kutuları ve güç dönüştürücüler beton ortamlardaki hataların azaltılması için beton tasarımı içinde entegre edilmelidir. Conduits, yüksek gerilimli bileşenleri de bakım için erişilebilir olmalıdır. yüksek gerilim sistemleri için, yalıtım koordinasyonu, alev yayılımı veya zemin hataları ile ilgili yerel bina kodlarıyla karşı karşıya kalmak için kritiktir. Bazı tasarımları yüzeyde mikroinverters ile yüksek gerilim bileşenleri yerle yüksek gerilim bileşenleri tutmak için yüzeyde yüksek gerilim bileşenleri kullanmak için.
Güneş ışığı Exposure ve Orientasyon
dikey yüzeyler en iyi şekilde eğimli çatılardan daha az günlük irradiasyon alırken, mevsimsel değişimlerden yararlanabilirler -doğu ve batı cepheleri sabah ve öğleden sonra güneş, ayrıca, bitişik binalardan gelen gölgeler, ağaçlar veya mimari özellikleri, güneş yol analiz araçları kullanılarak modellenebilir. Sabit beton yapıları eğimli paneller gibi eğimli paneller, bu yüzden incirlerin açısı sabitlenir; ancak, yatakları çevreleyen yüzeylerden gelen bifacial PV modülleri ışık renkli betonlar ile% 20'ye kadar verimini artırabilir.
PV-Integrated için malzeme ve teknolojiler
Malzeme mühendisliğindeki son gelişmeler betonda yer alan için uygun bir dizi teknoloji üretti.
Fotovoltaic-Embedded Concrete Panel
Precast beton paneller, kristal silikon hücreleri ile en olgun seçenektir. Hücreler retin tetrafluororetin filmleri arasında hidroksit ve döküm sırasında bir oluk veya cebinde gömülüdür. Bu paneller daha düşük kaliteli performans ve sıcaklık direnci için kullanılabilir.
Say ve Translucent Beton
Optik fiberler veya reçine bazlı elementler tarafından yapılan transksantral beton, doğal ışıktan yapının geçmesine izin verir.Açık matrix içinde veya çoklu açılardan diyalektif güneş ışığından elde edilen PV hücreleri ile birleştirildiğinde, bu teknoloji façade, gök ışıklı köprüler için idealdir.
Esnek PV Films ve Kaplamalar
İnce film fotovoltaikleri - bakır indium galium selenide (CIGS) veya boya-sensitleştirilmiş güneş hücreleri (DSSC) gibi - esnek substratlar üzerinde üretilir ve diffüz ışık sonrası yüzeylerde daha kolay ve daha iyi performans sağlar.Bu filmler perovskite veya kuantum dotlar gibi boyamalar ile de kaplanabilir.
Gerçek Dünya Uygulamaları ve Vaka Çalışmaları
Birkaç öncü proje PV-integrated betonun viability ve ölçeklenebilirliğini göstermektedir.
Güneş Yolu ve Bisiklet Yolu
Hollanda, ilk yıl boyunca muzdaki 70 kWh'lik bir araya getirilen bir işbirliğiyle, karada üç haneye betonu gömülü monokristal hücrelerle dondurdu.Sola Road projesi, Hollanda hükümeti ve teknoloji ortakları arasında işbirliği, beton veya kar ile kapsandığında, betonun dayanıklılıkları 100 metreye kadar kanıtlandı.
Bina-Integrated Façades
İsviçre Federal Teknoloji Lausanne (EPFL), binanın aydınlatma ve fiş yüklerinin yaklaşık% 30'unu inşa ederken, ince film silikon modülleri ile gömülüdür. Paneller, sadece hafif bir optikle yapılmış bir doku ile yapılırken, elektrik enerjisinin üç yıl içinde ek karbonu dengeledi.
Altyapı Köprüleri
Freiburg'da, Almanya, yaya köprüsü, fotovoltaik beton parçaları güverteye ve raylara entegre edilmiş bir şekilde kullanır. Kapaklar yüksek güçlü betondan, bakır indium selenide (CIS) hücrelere gömülürken, muza kadar sadece bir kablo ile korunan ve bitişik bir şarj istasyonun yanı sıra yağmur barağı olarak hizmet eder.
Yol Gürültü Engelleri
Precast betondan yapılan otoyol gürültü bariyerleri uzun lineer koridorlar boyunca önemli enerji üretebilir. İsviçre'de, A13 otoyol gürültü bariyeri projesi, yıllık 600 MW'lık beton paneller üretiyor - enerji için 170 ev sağlar. Beton, akustik yalıtım sağlar (göstermete gürültüyü 30 dB ile azaltır) ve maksimum güneş ışığı yakalamaya çalışır.
Future Perspectives ve Research Frontiers
PV-integrated beton alanı, sıfır karbon binaları ve akıllı altyapı ihtiyacı tarafından hızlanıyor. Mevcut sınırlamaları aşmak için vaat eden birkaç araştırma yolu.
Verimlilik ve Yaşam Zamanını Teşvik Etmek
Perovskite güneş hücreleri, şimdi laboratuvarda %25 verimlilikten fazla, beton ortamda betondan beton ortamda stabilize edilebilir ve toplam verimin %30'a kadar artabileceğini gösteriyor.
Kendi kendine özgü ve Aktif Yapılar
Beton, kendi kendini kınayan bakteriler veya form-memory polimerleri ile gelişmiştir, aksi takdirde PV bileşenleri nemlendirmeye maruz kalacaktır. Entegre sensörler (örneğin, fiber optik su hatları) hem yapısal sağlık hem de elektriksel yük yönetimi izleyebilir.
Dijital Tasarım ve Kumaşlama
Parametrik tasarım araçları mimarların PV yerleştirme, hücre şeklini ve beton geometrisini, yapısal performansın ödün vermeden maksimum güneş yakalamasına izin verir. 3D-printed beton, hala infancy, doğrudan beton katmanına potansiyel sunuyor, tamamen monolithic solar-clad yapısını zayıf arayüzlerle yaratıyor. erken prototipler Stuttgart'ta araştırmacılar tarafından basılmış betonları gösteriyor ki, ince duvarlı beton kabuklar, iletken inkslerden yapılmış olan PV devrelerini dahil edebilir.
Ekonomik Viability ve Scalability
Maliyet birincil bariyer olarak kalır. PV-integrated beton şu anda çatıdaki PV'den daha fazla% 30-50 daha fazla, çünkü montaj yapıların, arazinin ve üretim süreçlerinin hacminin arttırılması ve üretimi için optimize edilmesi (örneğin, otomatik hücre yerleştirme) için, önümüzdeki on yıl içinde maliyetinin altından aşağıya düşmesi için projelendirilmiştir.
Sonuç: Net-Zero Altyapısına Doğru Bir Yol
Entegre fotovoltaik sistemlerle beton yapıları tasarlamak, bir futurist konsept değildir - inşa edilmiş ortamın karbonatlanması için pratik, giderek daha fazla strateji göstermiştir. Sağlam beton ve verimli güneş dönüşümü, sakinleri ve ızgaralar için aktif olarak çalışan bir bina materyali sağlar.
Konuya daha derin bir şekilde atılmak isteyenler için,NREL BIPV araştırma portalı) dünya çapında BIPV teknolojileri hakkında yıllık olarak rapor yayınlar.The International Energy Agency'sİLFLT:2).PVPS Task 15).