Μελέτη σε 44 πόλεις δείχνει ότι τα φωτοβολταϊκά στις προσόψεις μπορούν να συμπληρώσουν τα συστήματα στις στέγες, εξομαλύνοντας την παραγωγή και βελτιώνοντας την οικονομική βιωσιμότητα
Μια σημαντική μελέτη του IEA PVPS Task 15 διαπιστώνει ότι οι κάθετες προσόψεις BIPV (σ.σ: φωτοβολταϊκά ενσωματωμένα στα κτίρια) μπορούν να συμπληρώσουν τα φωτοβολταϊκά στις στέγες με ελάχιστες απώλειες στην απόδοση, εξομαλύνοντας την παραγωγή κατά τη διάρκεια της ημέρας και προσφέροντας μεγαλύτερη ευελιξία στον σχεδιασμό.
Σε 357 διαμορφώσεις σε 44 πόλεις, η έρευνα δείχνει επίσης ότι τα οικονομικά των BIPV βελτιώνονται σημαντικά όταν συνυπολογίζεται το κόστος των οικοδομικών υλικών που αποφεύγεται, ενώ η μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα διαμορφώνεται από τις τιμές ηλεκτρικής ενέργειας, τη χρηματοδότηση, το κόστος εγκατάστασης και τον τύπο εφαρμογής.
Μια νέα μελέτη του IEA PVPS Task 15, που δημοσιεύθηκε στο Energy & Buildings, επιχειρεί να διορθώσει μια επίμονη προκατάληψη στον τρόπο με τον οποίο ο κλάδος αντιμετωπίζει τα ενσωματωμένα στα κτίρια φωτοβολταϊκά: ότι οι διατάξεις τύπου φωτοβολταϊκών στέγης, με βέλτιστη κλίση, αποτελούν το σημείο αναφοράς με βάση το οποίο θα πρέπει να αξιολογείται κάθε άλλη διαμόρφωση BIPV και ότι τα κάθετα συστήματα προσόψεων αποτελούν, στην καλύτερη περίπτωση, έναν συμβιβασμό.
Η δημοσίευση, με τίτλο «Multi-objective assessment of BIPV yield, complementarity, and economic feasibility», εξετάζει υπό ποιες συνθήκες τα BIPV είναι πράγματι οικονομικά βιώσιμα και πόσο πραγματικά κοστίζουν σε επιφάνεια οι επιλογές προσανατολισμού των προσόψεων.
Η μελέτη παρουσιάζει ένα από τα πιο εκτεταμένα συγκριτικά σύνολα δεδομένων που έχουν συγκεντρωθεί μέχρι σήμερα για τα ενσωματωμένα στα κτίρια φωτοβολταϊκά: δοκιμάστηκαν 357 διαμορφώσεις.
Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα τυποποιημένο φωτοβολταϊκό στοιχείο BIPV επιφάνειας 1 m² και το υπέβαλαν σε προσομοιώσεις σε 44 πόλεις 12 χωρών σε έξι ηπείρους, καταλήγοντας σε 357 δοκιμασμένες διαμορφώσεις.
Αντί να επικεντρωθούν σε μία «βέλτιστη» γωνιακή διαμόρφωση ανά πόλη, η ομάδα εξέτασε ένα ευρύ φάσμα κλίσεων και προσανατολισμών για καθέναν από τους οκτώ τύπους εφαρμογών BIPV - συνεχείς και ασυνεχείς στέγες, φεγγίτες, υαλοπετάσματα, πετάσματα προστασίας από τη βροχή, προσόψεις διπλού κελύφους, στηθαία και συστήματα σκίασης - και τα συνδύασε με αποδόσεις που καλύπτουν το σημερινό εμπορικό εύρος.
Κάθετα BIPV έναντι φωτοβολταϊκών σε στέγες
Όπως αναμενόταν, τα συστήματα BIPV σε στέγες κορυφώνουν την παραγωγή τους γύρω από το ηλιακό μεσημέρι.
Ωστόσο, όταν οι ερευνητές μοντελοποίησαν κάθετες προσόψεις με ανατολικό και δυτικό προσανατολισμό παράλληλα με ένα σύστημα στέγης, χρησιμοποιώντας έναν γενετικό αλγόριθμο για τη βελτιστοποίηση του αζιμουθίου με στόχο τον χρονικό συγχρονισμό και την εξομάλυνση, αντί για τη μέγιστη παραγωγή, προέκυψε ένα σαφές μοτίβο: τα ανατολικά προσανατολισμένα κάθετα BIPV παράγουν νωρίτερα μέσα στην ημέρα, τα δυτικά προσανατολισμένα παράγουν αργότερα και ο συνδυασμός των δύο με μια φωτοβολταϊκή συστοιχία στη στέγη εξομαλύνει σημαντικά την καμπύλη συνολικής παραγωγής.
Οι συγγραφείς το παρουσιάζουν ως ένα πραγματικό εργαλείο σχεδιασμού - όχι ως λύση ανάγκης για κτίρια χωρίς διαθέσιμο χώρο στη στέγη, αλλά ως μια ουσιαστική στρατηγική για τη μείωση των ρυθμών μεταβολής της παραγωγής, τη βελτίωση της αντιστοίχισης της ηλιακής παραγωγής με το προφίλ ζήτησης του ίδιου του κτιρίου και τη μείωση της επιβάρυνσης που προκαλούν στα δίκτυα οι συγκεντρωμένες μεσημεριανές αιχμές.
Η μελέτη διαπίστωσε ότι η επιδίωξη εξομάλυνσης και συμπληρωματικότητας δεν συνεπάγεται μεγάλο κόστος ως προς τη συνολική απόδοση
Οι κάθετες προσόψεις απαιτούν πράγματι μεγαλύτερη επιφάνεια από μια στέγη με βέλτιστη κλίση για να παραγάγουν την ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας, όμως οι συγγραφείς περιγράφουν την προκύπτουσα απαίτηση επιφάνειας ως «εντός των λογικών ορίων της επιφάνειας του κτιρίου» για τα περισσότερα έργα.
Σημειώνουν επίσης ότι η βελτιστοποίηση για συμπληρωματικότητα και εξομάλυνση μεταβάλλει ελάχιστα την απαιτούμενη επιφάνεια σε σύγκριση με ένα σύστημα που έχει βελτιστοποιηθεί αποκλειστικά για την απόδοση.
Με άλλα λόγια, οι αρχιτέκτονες δεν χρειάζεται να επιλέξουν μεταξύ ενός σταθερού, καλά κατανεμημένου προφίλ παραγωγής και ενός σχετικά περιορισμένου αποτυπώματος.
Η μελέτη αμφισβητεί επίσης ήπια τον συμβατικό κανόνα σχεδιασμού σύμφωνα με τον οποίο η κλίση των πάνελ θα πρέπει απλώς να αντιστοιχεί στο τοπικό γεωγραφικό πλάτος.
Στις πόλεις που μελετήθηκαν, η βέλτιστη κλίση για τη μέγιστη ετήσια παραγωγή αποκλίνει σταθερά από αυτή τη συμβατική προσέγγιση, ιδιαίτερα σε υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη και σε περιοχές με σημαντική νεφοκάλυψη ή διάχυτη ακτινοβολία, όπου οι μικρότερες κλίσεις αξιοποιούσαν μεγαλύτερο μέρος του ουρανού και απέδιδαν καλύτερα από τη «θεωρητικά» προσαρμοσμένη στο γεωγραφικό πλάτος γωνία.
Ειδικά για τα ενσωματωμένα σε προσόψεις συστήματα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι μεγάλες κλίσεις κοντά στην κατακόρυφο, περίπου 75°, υπερείχαν σταθερά της πλήρους κατακόρυφης τοποθέτησης (90°) ως προς τη δέσμευση ηλιακής ακτινοβολίας κοντά στο ηλιακό μεσημέρι, αν και οι πλήρως κατακόρυφες εγκαταστάσεις παρέμεναν ισχυρές και καταλάμβαναν τη δεύτερη θέση, ιδιαίτερα σε υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη όπου ο ήλιος βρίσκεται χαμηλά στον ουρανό για μεγάλο μέρος του έτους.
Πολλές από τις διαμορφώσεις προσόψεων με τις υψηλότερες επιδόσεις δεν ήταν καν στραμμένες προς τον ισημερινό, με τις ανατολικές και δυτικές επιφάνειες να αποδεικνύονται χρήσιμες για την αξιοποίηση του πρωινού και απογευματινού ήλιου και να προσφέρουν στους αρχιτέκτονες μεγαλύτερη ευελιξία στον σχεδιασμό χωρίς σημαντική ενεργειακή απώλεια.
Τα οικονομικά των BIPV
Το σημείο στο οποίο η μελέτη είναι πιο σαφής αφορά τον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζει τα οικονομικά των BIPV.
Οι συμβατικοί υπολογισμοί καθαρής παρούσας αξίας (NPV) και σταθμισμένου κόστους ηλεκτρικής ενέργειας (LCOE), υποστηρίζουν οι συγγραφείς, υποτιμούν συστηματικά τα BIPV, επειδή τα αντιμετωπίζουν αποκλειστικά ως περιουσιακά στοιχεία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, όπως τα επίγεια φωτοβολταϊκά, αγνοώντας το γεγονός ότι ένας φεγγίτης BIPV, ένα υαλοπέτασμα ή ένα πέτασμα προστασίας από τη βροχή αντικαθιστά επίσης ένα συμβατικό οικοδομικό υλικό χωρίς δυνατότητα παραγωγής ενέργειας, για το οποίο ο ιδιοκτήτης θα έπρεπε ούτως ή άλλως να πληρώσει.
Δημιουργώντας «αποτελεσματικές» εκδοχές των NPV, LCOE και της περιόδου αποπληρωμής, οι οποίες πιστώνουν στα BIPV το κόστος υλικών που αποφεύγεται, η μελέτη διαπιστώνει ότι η βιωσιμότητα των BIPV είναι πολύ πιο εφικτή από όσο υποδηλώνει η φήμη της τεχνολογίας ως «ακριβής εξειδικευμένη λύση».
Η μελέτη αναδεικνύει επίσης ένα μοτίβο μεταξύ των τύπων εφαρμογών που οι κατασκευαστές έργων θα βρουν διαισθητικά κατανοητό, αλλά σπάνια βλέπουν να ποσοτικοποιείται: οι προσόψεις διπλού κελύφους και οι φεγγίτες παρουσίασαν σταθερά τις καλύτερες οικονομικές επιδόσεις, ακριβώς επειδή αντικαθιστούν ακριβά συμβατικά υλικά, ενώ τα συστήματα σκίασης υστερούσαν επειδή η συμβατική εναλλακτική που αντικαθιστούν είναι συγκριτικά φθηνή.
Αυτή η διαφορά, σημειώνουν οι συγγραφείς, σημαίνει ότι η ίδια τεχνολογία φωτοβολταϊκών στοιχείων και η ίδια τιμή μπορούν να φαίνονται οικονομικά ελκυστικές σε ένα στοιχείο ενός κτιρίου και οριακά βιώσιμες σε ένα άλλο.
Ένα από τα πιο αξιοσημείωτα ευρήματα της έκθεσης αφορά το τι πραγματικά καθορίζει την οικονομική απόδοση των BIPV με την πάροδο του χρόνου.
Η ανάλυση συσχετίσεων ανέδειξε την αύξηση των τιμών ηλεκτρικής ενέργειας ως τον παράγοντα με την ισχυρότερη σχέση με τη μακροπρόθεσμη αξία ενός έργου - ισχυρότερη από την επίδραση της ίδιας της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, της αρχικής τιμής ηλεκτρικής ενέργειας ή της τιμής του προϊόντος BIPV.
Η ανάλυση ευαισθησίας ενισχύει αυτό το συμπέρασμα, δείχνοντας ότι καμία μεμονωμένη μεταβλητή εισόδου δεν καθορίζει τα αποτελέσματα από μόνη της, είτε πρόκειται για το κόστος των φωτοβολταϊκών στοιχείων, το προεξοφλητικό επιτόκιο είτε την παραγωγή.
Αντίθετα, είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ των μεταβλητών, όπως το πόσο καιρό λειτουργεί ένα σύστημα σε σχέση με το όφελος από την αντικατάσταση υλικών που εξασφαλίζει ή ο τρόπος με τον οποίο οι τάσεις των τιμών ηλεκτρικής ενέργειας αλληλεπιδρούν με το προεξοφλητικό επιτόκιο που εφαρμόζεται στις μελλοντικές εξοικονομήσεις, που καθορίζει εάν ένα έργο είναι οικονομικά βιώσιμο.
Οι συγγραφείς εξάγουν από αυτό ένα άμεσο συμπέρασμα: η μείωση των τιμών των προϊόντων BIPV από μόνη της, χωρίς παράλληλη αντιμετώπιση των παραδοχών χρηματοδότησης, του κόστους εγκατάστασης και των τοπικών συνθηκών της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, είναι απίθανο να επαρκεί για να επιτρέψει την ευρεία υιοθέτηση.
Εργαλείο αρχικής αξιολόγησης, όχι τελική απάντηση
Οι συγγραφείς είναι προσεκτικοί στο να παρουσιάζουν τα ευρήματά τους ως συγκριτικά και βασισμένα σε σενάρια και όχι ως προβλέψεις για οποιοδήποτε συγκεκριμένο έργο.
Το μοντέλο χρησιμοποιεί σκόπιμα ενιαίες παραδοχές σχετικά με τον συντελεστή θερμοκρασίας, το albedo και τους συντελεστές απωλειών για κάθε τύπο εφαρμογής και κάθε πόλη, ώστε να διατηρηθεί η συνέπεια στη διαπεριφερειακή σύγκριση.
Αυτό σημαίνει ότι δεν αποτυπώνει μεταβλητές του πραγματικού κόσμου, όπως οι συνθήκες οπίσθιου αερισμού, η αυτοσκίαση μεταξύ στοιχείων του κτιρίου ή η θερμική συμπεριφορά που σχετίζεται με την τοποθέτηση, οι οποίες θα διέφεραν σημαντικά, για παράδειγμα, μεταξύ ενός πετάσματος προστασίας από τη βροχή και ενός υαλοπετάσματος.
Η μελέτη τοποθετεί ρητά τον εαυτό της ως εργαλείο μακροεπίπεδου αρχικού ελέγχου για αποφάσεις επενδύσεων σε πρώιμο στάδιο και για τον σχεδιασμό πολιτικής, ζητώντας μελλοντικές εργασίες που θα ενσωματώνουν λεπτομέρειες ειδικές για κάθε εφαρμογή.
Ζητά επίσης, αξιοσημείωτα, καλύτερα συντονισμένη διεθνή ανταλλαγή δεδομένων σχετικά με το κόστος των BIPV, υποστηρίζοντας ότι τα κατακερματισμένα, ειδικά για κάθε πόλη σύνολα δεδομένων έχουν καθυστερήσει ακριβώς το είδος της διαπεριφερειακής βάσης τεκμηρίων που επιχειρεί να δημιουργήσει αυτή η μελέτη.
www.worldenergynews.gr
