GiPV: Fotovoltaik yang terintegrasi dengan bangunan dengan modul surya yang sebagian transparan – fotovoltaik yang terintegrasi dengan bangunan

Fotovoltaik terintegrasi bangunan - GiPV (Fotovoltaik terintegrasi bangunan - BIPV) adalah material fotovoltaik yang menggantikan material bangunan konvensional pada bagian selubung bangunan seperti atap, jendela atap, atau fasad. Teknologi ini semakin banyak diintegrasikan ke dalam pembangunan gedung-gedung baru sebagai sumber listrik utama atau sekunder, meskipun gedung-gedung yang sudah ada juga dapat dilengkapi dengan teknologi serupa. Keuntungan dari fotovoltaik terintegrasi dibandingkan sistem non-terintegrasi biasa adalah bahwa biaya awal dapat diimbangi dengan mengurangi pengeluaran bahan konstruksi dan tenaga kerja yang biasanya diperlukan untuk membangun bagian bangunan yang digantikan oleh modul BIPV. Selain itu, BIPV memungkinkan penerapan instalasi tenaga surya secara lebih luas ketika estetika bangunan menjadi perhatian dan panel surya tradisional yang dipasang di rak akan mengganggu tampilan bangunan yang diinginkan.

Istilah BAPV (Fotovoltaik yang diterapkan pada bangunan) untuk fotovoltaik yang terintegrasi dengan bangunan terkadang digunakan untuk merujuk pada sistem fotovoltaik yang kemudian diintegrasikan ke dalam gedung. Kebanyakan sistem yang terintegrasi dengan bangunan sebenarnya adalah BAPV. Beberapa produsen dan pembangun membedakan antara BIPV dan BAPV untuk bangunan baru.

Aplikasi PV untuk bangunan muncul pada tahun 1970an. Panel fotovoltaik berbingkai aluminium dihubungkan atau dipasang ke bangunan, biasanya terletak di daerah terpencil tanpa akses ke jaringan listrik. Pada tahun 1980an, modul fotovoltaik mulai dipasang di atap. Sistem PV ini biasanya dipasang pada bangunan yang terhubung ke jaringan listrik dan berlokasi di area dengan pembangkit listrik terpusat. Pada tahun 1990-an, produk bangunan BIPV yang dirancang khusus untuk diintegrasikan ke dalam selubung bangunan tersedia secara komersial. Tesis doktoral tahun 1998 oleh Patrina Eiffert, berjudul An Economic Assessment of BIPV, berhipotesis bahwa suatu hari nanti akan ada nilai ekonomi dari perdagangan kredit energi terbarukan (RECs). Penilaian ekonomi tahun 2011 dan tinjauan singkat sejarah BIPV oleh Laboratorium Energi Terbarukan Nasional AS menunjukkan bahwa masih ada tantangan teknis signifikan yang harus diatasi sebelum biaya pemasangan BIPV dapat bersaing dengan biaya sistem fotovoltaik. Namun, terdapat konsensus yang berkembang bahwa sistem BIPV, melalui komersialisasinya yang luas, akan menjadi tulang punggung target Zero Energy Building (ZEB) Eropa pada tahun 2020. Meskipun kemungkinan teknisnya menjanjikan, hambatan sosial terhadap penggunaan secara luas juga telah diidentifikasi, seperti budaya konservatif dalam industri konstruksi dan integrasi ke dalam perencanaan kota dengan kepadatan tinggi. Para penulis menunjukkan bahwa penggunaan jangka panjang kemungkinan besar akan bergantung pada keputusan kebijakan yang efektif dan juga pada pengembangan teknis.

Modul surya yang sebagian transparan menawarkan peluang menarik untuk mengintegrasikan fotovoltaik terintegrasi bangunan (BIPV) ke dalam arsitektur dan perencanaan kota. Pembangkit energi surya jenis baru ini kemungkinan besar akan menjadi bagian penting dari produksi listrik di seluruh dunia di masa depan.

Fotovoltaik terintegrasi bangunan dengan modul surya sebagian transparan merupakan pilihan menarik untuk konstruksi bangunan hemat energi. Teknologi ini dapat membantu mengurangi biaya pasokan energi sekaligus memperbaiki eksterior bangunan.

Selain itu, modul surya semi transparan dapat digunakan untuk mengarahkan cahaya matahari ke interior bangunan. Hal ini tidak hanya menghemat energi tetapi juga mengurangi biaya pencahayaan buatan.

Singkatnya, dapat dikatakan bahwa fotovoltaik terintegrasi bangunan adalah jenis energi terbarukan yang sangat efisien dan serbaguna. Hal ini mempunyai potensi untuk meningkatkan pasokan energi bangunan secara berkelanjutan.

Modul surya terbuat dari silikon kristal untuk pembangkit listrik yang dipasang di darat dan di atap.

Modul PV surya film tipis silikon kristal amorf, yang dapat berongga, terang, merah, biru dan kuning, sebagai fasad kaca dan jendela atap transparan.

Sel film tipis berbasis CIGS (tembaga-indium-gallium-selenida) pada modul fleksibel yang dilaminasi ke elemen selubung bangunan, atau sel CIGS dipasang langsung ke substrat selubung bangunan.

Panel surya kaca ganda dengan sel persegi di dalamnya.

Atap datar

Solusi yang paling banyak digunakan hingga saat ini adalah sel surya film tipis amorf yang diintegrasikan ke dalam modul polimer fleksibel, yang diamankan dengan lapisan perekat antara lapisan belakang modul surya dan lapisan kedap air atap. Dengan menggunakan teknologi tembaga indium galium selenida (CIGS), sebuah perusahaan AS dapat mencapai efisiensi sel sebesar 17% untuk membangun modul terintegrasi dalam membran TPO satu lapis.

Atap bernada

Genteng surya adalah genteng (keramik) dengan modul surya terintegrasi. Genteng keramik tenaga surya dikembangkan dan dipatenkan oleh perusahaan Belanda pada tahun 2013.

Modul berbentuk seperti beberapa genteng.

Sirap surya adalah panel yang terlihat dan berfungsi seperti sirap biasa namun mengandung sel film tipis yang fleksibel.

Mereka memperpanjang umur normal atap dengan melindungi isolasi dan membran dari radiasi UV dan kerusakan air. Kondensasi juga dicegah karena titik embun tetap berada di atas membran atap.

Atap bernada logam (baik struktural maupun arsitektural) kini dilengkapi dengan kemampuan PV, baik dengan mengikat modul fleksibel yang berdiri bebas atau dengan menyegel sel CIGS secara panas dan vakum langsung ke substrat.

tatapan

Fasad dapat dilekatkan pada bangunan yang sudah ada dan memberikan tampilan yang benar-benar baru pada bangunan lama. Modul-modul ini dipasang pada fasad bangunan di atas struktur eksisting, sehingga dapat meningkatkan daya tarik bangunan dan nilai jual kembali.

glazur

Jendela fotovoltaik merupakan modul (semi)transparan yang dapat menggantikan sejumlah elemen arsitektur yang biasanya terbuat dari kaca atau bahan serupa, seperti: B. Jendela dan jendela atap. Mereka tidak hanya menghasilkan energi listrik, namun juga dapat memberikan penghematan energi lebih lanjut karena sifat insulasi termal dan pengendalian radiasi matahari yang sangat baik.

Jendela kaca fotovoltaik: Integrasi teknologi pembangkit energi ke dalam bangunan perumahan dan komersial telah membuka bidang penelitian tambahan yang lebih mempertimbangkan estetika produk akhir secara keseluruhan. Meskipun tujuannya tetap untuk mencapai efisiensi tinggi, pengembangan baru pada jendela fotovoltaik juga bertujuan untuk memberikan konsumen tingkat transparansi kaca yang optimal dan/atau kemampuan untuk memilih dari berbagai warna. Panel surya dengan warna berbeda dapat dirancang untuk menyerap rentang panjang gelombang tertentu secara optimal dari spektrum yang lebih luas. Kaca fotovoltaik berwarna telah berhasil dikembangkan menggunakan sel surya semi-transparan, perovskit, dan peka warna.

• Sel surya plasmonik, yang menyerap dan memantulkan cahaya berwarna, dikembangkan menggunakan teknologi Fabry-Pérot-Etalon. Sel-sel ini terdiri dari “dua film logam reflektif paralel dan film rongga dielektrik di antara keduanya.” Kedua elektroda tersebut terbuat dari Ag dan rongga di antara keduanya terbuat dari Sb2O3. Mengubah ketebalan dan indeks bias rongga dielektrik mengubah panjang gelombang yang paling baik diserap. Mencocokkan warna kaca lapisan serapan dengan bagian spektrum tertentu yang paling sesuai dengan ketebalan sel dan indeks bias akan meningkatkan estetika sel dengan mengintensifkan warnanya dan meminimalkan kehilangan arus listrik. Untuk perangkat lampu merah dan biru, transmitansi masing-masing tercapai sebesar 34,7% dan 24,6%. Perangkat berwarna biru dapat mengubah 13,3% cahaya yang diserap menjadi listrik, menjadikannya perangkat berwarna paling efisien yang dikembangkan dan diuji.
• Teknologi sel surya perovskit dapat disesuaikan menjadi merah, hijau dan biru dengan mengubah ketebalan kawat nano metalik masing-masing menjadi 8, 20 dan 45 nm. Efisiensi daya maksimum sebesar 10,12%, 8,17% dan 7,72% dicapai dengan menyesuaikan reflektansi kaca dengan panjang gelombang yang paling sesuai untuk setiap sel.
• Sel surya pewarna menggunakan elektrolit cair untuk menangkap cahaya dan mengubahnya menjadi energi yang dapat digunakan; Hal ini terjadi dengan cara yang mirip dengan bagaimana pigmen alami memungkinkan fotosintesis pada tumbuhan. Meskipun klorofil adalah pigmen spesifik yang bertanggung jawab atas warna hijau pada daun, pigmen alami lainnya seperti karotenoid dan antosianin menghasilkan variasi warna oranye dan ungu. Para peneliti di Universitas Concepcion telah menunjukkan kelayakan sel surya berwarna yang peka terhadap pewarna yang muncul dan secara selektif menyerap panjang gelombang cahaya tertentu. Solusi hemat biaya ini menggunakan pigmen alami dari buah maqui, black myrtle, dan bayam sebagai bahan pemeka. Bahan pemeka alami ini kemudian ditempatkan di antara dua lapisan kaca transparan. Meskipun efisiensi sel berbiaya rendah ini masih belum jelas, penelitian sebelumnya di bidang sel pewarna organik mampu mencapai “efisiensi konversi daya yang tinggi sebesar 9,8%.”

Sel surya transparan menggunakan lapisan oksida timah di bagian dalam panel kaca untuk menghantarkan listrik keluar sel. Sel tersebut mengandung titanium oksida yang dilapisi dengan pewarna fotolistrik.

Kebanyakan sel surya konvensional menggunakan cahaya tampak dan inframerah untuk menghasilkan listrik. Sebaliknya, sel surya baru yang inovatif juga menggunakan radiasi ultraviolet. Bila digunakan sebagai pengganti kaca jendela tradisional atau ditempatkan di atas kaca, area pemasangannya bisa besar, sehingga berpotensi menghasilkan aplikasi yang memanfaatkan fungsi gabungan pembangkit listrik, penerangan, dan pengatur suhu.

Nama lain untuk fotovoltaik transparan adalah “fotovoltaik tembus pandang” (fotovoltaik hanya membiarkan separuh cahaya yang jatuh melewatinya). Mirip dengan fotovoltaik anorganik, fotovoltaik organik juga dapat tembus cahaya.

Tidak selektif terhadap panjang gelombang

Beberapa sistem fotovoltaik selektif non-panjang gelombang mencapai semi-transparansi melalui segmentasi spasial sel surya buram. Metode ini menggunakan sel surya buram dan mendistribusikan beberapa sel kecil pada substrat transparan. Pembagian ini secara drastis mengurangi efisiensi konversi energi dan meningkatkan transmisi.

Cabang lain dari fotovoltaik selektif non-panjang gelombang memanfaatkan semi-konduktor film tipis yang menyerap secara kasat mata dengan ketebalan kecil atau celah pita yang cukup besar yang memungkinkan cahaya melewatinya. Hal ini menghasilkan fotovoltaik semi-transparan dengan pertukaran langsung yang serupa antara efisiensi dan transmisi seperti sel surya buram yang tersegmentasi secara spasial.

Cabang lain dari fotovoltaik selektif non-panjang gelombang menggunakan semikonduktor film tipis yang menyerap secara kasat mata dengan ketebalan kecil atau celah pita yang cukup besar sehingga memungkinkan cahaya melewatinya. Hal ini mengarah pada fotovoltaik semi-transparan dengan kompromi langsung yang serupa antara efisiensi dan transmisi seperti sel surya buram yang tersegmentasi secara spasial.

Fotovoltaik selektif panjang gelombang

Fotovoltaik selektif panjang gelombang mencapai transparansi melalui penggunaan bahan yang hanya menyerap sinar UV dan/atau NIR dan pertama kali diperkenalkan pada tahun 2011. Meskipun permeabilitasnya lebih tinggi, efisiensi konversi energi lebih rendah karena sejumlah masalah. Ini termasuk panjang difusi eksiton yang kecil, penskalaan elektroda transparan tanpa mengurangi efisiensi, dan masa pakai keseluruhan karena ketidakstabilan bahan organik yang digunakan dalam TPV secara umum.

Inovasi dalam fotovoltaik transparan dan tembus cahaya

Upaya awal untuk mengembangkan fotovoltaik organik semi-transparan non-panjang gelombang selektif dengan lapisan aktif sangat tipis yang menyerap spektrum tampak hanya mampu mencapai efisiensi kurang dari 1%. Namun, pada tahun 2011, fotovoltaik organik transparan dengan donor kloroaluminum phthalocyanine organik (ClAlPc) dan akseptor fullerene menunjukkan penyerapan dalam spektrum ultraviolet dan inframerah dekat (NIR) dengan efisiensi sekitar 1,3% dan transmisi cahaya tampak lebih dari 65%. Pada tahun 2017, peneliti MIT mengembangkan metode yang berhasil menempatkan elektroda graphene transparan pada sel surya organik, menghasilkan transmisi cahaya tampak sebesar 61% dan meningkatkan efisiensi sebesar 2,8-4,1%.

Sel surya perovskit, yang sangat populer sebagai fotovoltaik generasi berikutnya dengan efisiensi melebihi 25%, juga menjanjikan fotovoltaik transparan. Pada tahun 2015, sel surya perovskit semi-transparan menggunakan perovskit triiodida timbal metilammonium dan elektroda atas kisi-kisi kawat nano perak menunjukkan transmitansi 79% pada panjang gelombang 800 nm dan efisiensi sekitar 12,7%.