11. Juli 2020 durch Anand Upadhyay
Der Energieverbrauch von Gebäuden macht mehr als ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs Indiens aus. Hinzufügen Dies die Tatsache, dass mehr als 70% der Gebäude, die 2030 in Indien stehen werden, noch gebaut werden müssen. Es ist klar, dass die Energieeffizienz von Gebäuden sowie die lokalen Produzenten sauberer Energie für das Land Priorität haben.
Mit den sinkenden Preisen für erneuerbare Energien ist es jetzt einfacher als je zuvor, den Verbrauch sauberer Energie in Gebäuden zu erhöhen. Abgesehen von den anfänglich niedrig hängenden Früchten (Solar auf dem Dach!) Ist es jedoch an der Zeit, neue Räume zu betreten, um die Erzeugung sauberer Energie vor Ort zu steigern.
Da die Gebäude in fast allen größeren Städten vertikal wachsen, ist es nur natürlich, sich das Wachstum der Sonne auf dieser vertikalen Ebene vorzustellen!
Um fair zu sein, hat sich die vertikale Installation von Solar-PV an Gebäuden seit einiger Zeit als technisch machbare Option erwiesen. Mit dem Rückgang der Solar-PV-Preise erlebt diese Anwendung jedoch einen neuen Wachstumsschub.
BIPV ist, wie viele von Ihnen begeisterten Lesern wissen, eine Integration einer Solaranlage in die Gebäudehülle. Die Solarmodule dienen nicht nur als „Haut“ für das Gebäude, sondern können auch sauberen Strom erzeugen.
Mit einem Marktanteil von ca. 1% am globalen Solar-PV-Markt ist BIPV nach wie vor eine Nischenanwendung. Vor einigen Jahren wurde die EU finanziert PVSites Das Projekt hatte geschätzt, dass BIPV bis 2022 rund 13% des gesamten PV-Marktes ausmachen wird.
Indiens größtes BIPV-System
Im Jahr 2019 hat U-Solar Clean Energy Solutions Pvt. Ltd. installierte Indiens größte gebäudeintegrierte vertikale Solaranlage in einem Rechenzentrum in Mumbai. Das System mit einer Leistung von ca. 1 MW wurde durch die Integration von Sonnenkollektoren an allen vier Wänden der Anlage installiert, die eine Fassadenfläche von über 5000 Quadratfuß abdecken.
Indiens größtes BIPV-System in Mumbai – Bildnachweis: U-Solar
R. Harinarayan, Gründer und CEO von U-Solar, teilte per E-Mail mit, dass
„Durch das Ersetzen des in der Fassade verwendeten Glases durch Photovoltaikmodule haben wir ein Solarkraftwerk auf der Gebäudestruktur geschaffen, während der Wechselrichter und andere Komponenten im Gebäude untergebracht sind. Da die Anlage rund um die Uhr Strom verbraucht, gleicht die BIPV-Solaranlage einen Teil der Kohlenstoffemissionen aus, da sie von Netzstrom auf Basis fossiler Brennstoffe abhängig ist – eine Initiative des Rechenzentrums, um ihre Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. “
Da es sich um ein bestehendes Gebäude handelte, war das Projekt mit eigenen Herausforderungen verbunden.
Es forderte die Verwendung von kundenspezifischen Aluminiumschienen als Modulmontagestruktur. An der Fassade wurden rahmenlose Paneele verwendet. Die Paneele wurden verbunden, als sie auf der Struktur platziert wurden, und elektrische Arbeiten und Konstruktionen wurden gleichzeitig durchgeführt, um eine rechtzeitige Lieferung zu gewährleisten.
Da das Gebäude bereits gebaut wurde, war dies eine Einschränkung der Solarenergie, die genutzt werden konnte. Um dieses Problem teilweise zu beheben, wurden auf jedem Panel Leistungsoptimierer verwendet.
Leistungsoptimierer erhöhen die Energieabgabe von PV-Anlagen, indem sie den maximalen Leistungspunkt (MPPT) jedes Moduls einzeln verfolgen. Sie können auch die Leistung jedes Moduls überwachen.
In Bezug auf die Umweltvorteile schätzt U-Solar, dass das Solarstromsystem dazu beitragen wird, die CO2-Emissionen zu reduzieren, was fast 7000 Bäumen pro Jahr entspricht.
Vorteile der vertikalen Route
Die Zahl der Immobilienprojekte, die sich für umweltfreundliche Zertifizierungen entscheiden, hat weiter zugenommen – sowohl LEED als auch Indiens eigenes GRIHA-Bewertungssystem. Dies hat langsam aber stetig einen größeren Markt für lokale Energieerzeugung und Energieeffizienz geöffnet.
Meistens ist das Dach, das für die Installation herkömmlicher Solarsysteme auf dem Dach zur Verfügung steht, in hohen Gebäuden jedoch recht begrenzt, da das meiste davon auch für andere Zwecke verwendet wird. Die Gebäudefassade hingegen kann einen viel größeren Raum bieten, der sonst für alles andere unbrauchbar ist.
Dies bietet die Möglichkeit, das in Gewerbegebäuden verwendete herkömmliche Glas durch Sonnenkollektoren zu ersetzen, die Strom erzeugen können, wodurch der Energieverbrauch verringert und ein positiver ROI für die zusätzliche Investition erzielt wird.
Die Paneele selbst können wie eine Wärmedämmung wirken, indem sie die Sonne blockieren und so auch den Stromverbrauch der Klimaanlage senken.
Leistung von BIPV-Systemen
Bei vertikalen BIPV-Systemen ist mit einer verringerten Leistung zu rechnen, da aus Sicht der Stromerzeugung nicht alle Panels in die optimale Richtung gebracht werden können.
Die folgende Tabelle zeigt die Leistung eines kleinen 1-kW-Systems, wenn es in Delhi in unterschiedlichen Ausrichtungen installiert wird (der Projektstandort von U-Solar ist jedoch Mumbai).
Ich sollte hinzufügen, dass ich keine besonderen Anpassungen in Betracht gezogen habe und dass die unten tabellierte Ausgabe nur auf der Grundlage der Orientierung erfolgt. Möglicherweise spielen andere Faktoren wie Teilschatten, Temperatureffekte usw. eine Rolle.
| Neigung des Solarpanels relativ zur Horizontalen | Richtung des Solarpanels | Jahresleistung für eine 1 kW Gleichstrom-Solaranlage (kWh / Jahr in Delhi) | Leistung bezogen auf die höchste Generation (%) |
| Vertikale | Norden | 391 | 27 |
| Vertikale | Osten | 630 | 44 |
| Vertikale | Süd | 871 | 60 |
| Vertikale | Westen | 795 | 55 |
| Durchschnitt aller vier vertikalen Systeme | 672 | 47 | |
| Horizontal | – – | 1312 | 91 |
| Breite | Süd | 1442 | 100 |
Durch die Ausrichtung wird die Ausgangsleistung deutlich auf fast die Hälfte reduziert. Sie müssen sich jedoch darüber im Klaren sein, dass vertikales BIPV das Quantum der lokalen Energieerzeugung wirklich erschließt und eine Entscheidung über die Rentabilität nach Bewertung des Return on Investment (ROI) des Systems getroffen werden sollte.
Im Fall des Rechenzentrumsprojekts von U-Solar in Mumbai bieten die Fassaden beispielsweise eine Gesamtfläche von mindestens dem 7- bis 8-fachen der auf dem Dach verfügbaren Fläche. Und das setzt übrigens voraus, dass das ganze Dach leer ist. Was es nicht ist.
Hier ein Blick auf die tatsächliche Solarstromerzeugung am Standort der Installation von U-Solar.
Daten zur Stromerzeugung des BIPV-Systems von U-Solar
Funktioniert der ROI?
R. Harinarayan, Gründer und CEO von U-Solar
Interessanterweise ist laut Herrn Harinarayan die tatsächliche Erzeugung am Projektstandort von U-Solar höher als die simulierte geschätzte Erzeugung.
Da dies ein erstes System dieser Art für das Unternehmen ist, haben sie sich intensiv mit der Bewertung der Leistung durch Fernüberwachung befasst und greifen bei Abweichungen von der normalen Stromerzeugung ein. Die Erkenntnisse werden bei der Replikation ähnlicher Systeme hilfreich sein.
Er fügte jedoch hinzu, dass erwartet wird, dass sich die Ausgabe näher an der simulierten Schätzung stabilisiert, wenn sich die Module im Laufe der Zeit verschlechtern.
Jetzt werden die anfänglichen Kosten für BIPV teilweise aufgrund von Einsparungen durch die Reduzierung herkömmlicher Baumaterialien und Arbeitskräfte ausgeglichen, die normalerweise verwendet worden wären. Sobald die Solaranlage in Betrieb ist, ergeben sich zusätzliche Einsparungen durch den erzeugten Strom.
Der ROI in einem BIPV-Projekt würde anhand der zusätzlichen Investition berechnet, die die Glasfassade selbst kosten würde.
In der Regel wird die Amortisationszeit eines Solarkraftwerks anhand der Erzeugung des BIPV-Systems über 25 Jahre berechnet. Wenn Sie die Lebensdauer des Gebäudes als 50 bis 100 Jahre betrachten, ist dies deutlich weniger, und möglicherweise muss das BIPV-System mehrfach ausgetauscht werden. Aber das allein sollte kein Problem sein.
Die Amortisation einer typischen Dach-Solaranlage in Indien beträgt für gewerbliche Verbraucher 3-4 Jahre. Allein durch die Stromerzeugung aus einem BIPV-System, das etwa die Hälfte eines Solarsystems auf dem Dach ausmacht, sollte sich die Amortisation auf etwa 8 bis 9 Jahre belaufen.
Nun mag dies für ein bestehendes Gebäude zutreffen, aber für eines, das noch auf dem Zeichentisch steht, würde die finanzielle Rentabilität analysiert, indem die erwarteten Kosten einer herkömmlichen Glasfassade gesenkt werden.
Nach meinen groben Schätzungen könnte das ersetzte Glas bei gleichem Abdeckungsbereich (natürlich abhängig von vielen Faktoren) fast 30% bis 50% der zum Ersetzen verwendeten Solarmodule kosten.
Solarmodule machen etwa 60% der Kosten des Sonnensystems aus, sodass allein durch die Einsparungen bei den Glaskosten mindestens 20% der Amortisationszeit eingespart werden könnten. Und vergessen Sie nicht, dass größere Systeme einfacher zu finanzieren sind.
Um ein vollständiges Bild zu erhalten, sollten Sie auch die unterschiedlichen Installationskosten, die unterschiedlichen Betriebs- und Wartungskosten, die Einsparungen bei der Reduzierung der HLK-Last und die Einsparungen bei der Stromerzeugung aus den Solarmodulen untersuchen.
Das Problem der Anpassung
In Gebäuden gibt es normalerweise zwei Arten von Glasfassaden: Sicht- / Sichtglas (transparent) und Spandrelglas (undurchsichtig). Während Fortschritte bei der Durchsicht von Solar-PV erzielt werden, ist es derzeit einfacher (sprich: kostengünstig), Spandrelglas auszutauschen, da die PV-Module nicht für den Lichtdurchgang angepasst werden müssen. Und sind daher relativ günstiger.
Eine andere Ansicht des BIPV-Projekts in Mumbai
Wie Sie wissen, kann ein Solarsystem auf dem Dach in jeder Phase installiert werden, d. H. Wenn sich das Gebäude in Planung, Bau oder Bau befindet.
Bei einem BIPV-System ändern sich die Kosten jedoch radikal, wenn neue Projekte im Vergleich zu bestehenden Gebäuden betrachtet werden, da mehrere Kosten doppelt anfallen. Durch die Zusammenarbeit mit den Bauträgern in der Planungsphase können BIPV-Designer außerdem die optimale Gebäudeorientierung vorschlagen, um die Stromerzeugung aus der integrierten Solaranlage zu maximieren.
Fazit
Die BIPV-Technologie kann an jedes Gebäude angepasst werden, für das eine Glasfassade erforderlich ist, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Wolkenkratzer, Einkaufszentren, Wohnungen, moderne Häuser und mehr. U-Solar arbeitet in der Entwurfsphase mit Apartmententwicklern, Mall-Eigentümern und anderen Rechenzentren zusammen, um BIPV in bestehende und neue Projekte einzubeziehen.
BIPV ist im Vergleich zum gesamten Solar-PV-Markt nach wie vor eine Nischenlösung.
Neuere Technologien, die auf den Markt kommen, erweitern jedoch bereits die Anpassungsoptionen, z. B. Module mit farbigem Glas oder Wafern sowie Module, durch die sichtbares Licht hindurchtreten kann. Diese können die Einführung von BIPV-Systemen beschleunigen, indem sie die Ästhetik des Gebäudes verbessern.
Herr Harinarayan teilte mit, dass, um das künftige Wachstum des BIPV-Marktes zu ermöglichen, „der Schlüssel darin besteht, eine größere Nachfrage durch die Einbeziehung von mehr Entwicklern und damit eine bessere Wirtschaftlichkeit in der gesamten Branche zu erschließen“.
Ich denke, dass die Diskussion über die Kosten ein strittiger Punkt ist. Eine Lektion, die wir wiederholt über Technologiekosten lernen, ist, dass sie einfach von der Größe abhängt! Angesichts der Tatsache, dass Gebäudeenergie einen großen Teil der Nachfrage ausmacht, müssen wir nur überlegen, ob es sich lohnt, BIPV in großem Maßstab durchzuführen.
Gutschrift für die in diesem Beitrag verwendeten Bilder – U-Solar.
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Über den Autor
Anand Upadhyay ist Fellow des Energy and Resources Institute (TERI, New Delhi). Er twittert an @indiasolarpost. Ansichten und Meinungen, falls vorhanden, sind seine eigenen.