أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV)؟ ما هي؟ ما تطبيقاتها؟ ما محفزاتها ومعوقاتها؟ وما جدواها الاقتصادية؟

مقالات مشابهة

أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية للتحكم بحركة الرمال

يناير 31, 2024

كهربة القطاعات، ماذا تمثل؟ ما أهميتها؟ وأثرها على الشبكات الكهربائية

يوليو 1, 2023

منحنى البطة وتأثير مشاريع الطاقة المتجددة على الشبكة الكهربائية

يونيو 13, 2023

التعريف

الألواح الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (بالإنجليزية: Building Integrated Photovoltaic Modules، واختصاراً: BIPV Modules) هي الألواح التي توفر وظيفة أو أكثر من وظائف غلاف المبنى (بالإنجليزية: Building Envelope). وذلك حسب المعيار العالمي IEC 63092-1 الصادر عن اللجنة الكهروتقنية الدولية (بالإنجليزية: International Electrotechnical Commission اختصاراً IEC).

وبالتالي فإن الألواح المستخدمة في أنظمة الطاقة الكهروضوئية المتكاملة مع المباني متعددة الوظائف، لأن لديها وظيفة توليد الكهرباء، بالإضافة إلى وظيفتها كمكون من مكونات غلاف المبنى، ويجب أن تتوافر فيها واحدة أو أكثر من وظائف غلاف المبنى كما ورد في المعيار المذكور سابقاً، وهي:

1. الصلابة الميكانيكية، أو سلامة هيكلة المبنى.
2. الحماية الأولية من تأثير الطقس، مثل المطر والثلج والرياح وحبات البرد.
3. التظليل، توفير ضوء النهار، العزل الحراري.
4. الحماية من الحرائق.
5. الحماية من الضوضاء.
6. الفصل بين البيئات الخارجية والداخلية للمبنى.
7. الأمن أو السلامة.

 

تطبيقات مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV)

يمكن تركيب مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV) في العديد من الأماكن في أغلفة المباني، بما يمكّن من توفير وظيفة واحدة أو أكثر من وظائف غلاف المبنى المذكورة في النقطة السابقة من هذا المقال، ومن هذه الأماكن:

• واجهات المباني (Building Facades): بما يوفر العزل الحراري وعزل الضوضاء.
• بشكل متكامل مع الأسطح (Roof top integration): بما يوفر العزل الحراري، والحماية من الظروف الجوية المحيطة.
• حماية من أشعة الشمس (Sunscreen).
• نظام سلامة وحماية من السقوط للشرفات والأسطح.
• على شكل مظلات (Overhead installation) للحماية من أشعة الشمسة والأمطار.
• في المناور (Skylights).

صورة (1): صورة من جمعية هيلمهولتز لمراكز الأبحاث الألمانية توضح أماكن التركيب المحتملة لمشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني Photo Credit: Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB)

 

ما هي محفزات مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV)

 

1. تشريع بعض الدول لأنظمة المباني صفرية الطاقة (بالإنجليزية: Net Zero Energy Buildings، واختصاراً nZEB) وهي المباني التي يكون مجموع استهلاكها السنوي للطاقة مساوياً لمجموع إنتاجها السنوي من الطاقة من خلال مصادر الطاقة المتجددة.
2. في بعض البلدان مثل اليابان تم استخدام معظم المساحات المتوفرة على أسطح المباني والأراضي القريبة من نقاط الأحمال. لذلك فإن مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV) تمثل فرصة لزيادة حجم تركيب مشاريع الطاقة الشمسية في تلك الدول.
3. في الأبراج لا يوجد مساحات كافية على الأسطح لتركيب مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية التقليدية (BAPV).
4. في بعض المنشئات، قد يفضّل مالك المنشأة أن يقوم باستغلال المساحات المتوافرة على الأسطح لأمور أخرى بدلاً من تركيب نظام طاقة شمسية كهروضوئية تقليدي.
5. يرى بعض مالكي ومطوري مشاريع المباني بأن مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV) أفضل من الناحية الجمالية مقارنة مع مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية التقليدية التي يتم تركيبها على أسطح المباني (تسمى هذه المشاريع بالإنجليزية: Building Attached Photovoltaic واختصاراً: BAPV).
6. من الممكن استخدام هذا النوع من المشاريع في النواحي التسويقية للشركات والمؤسسات، بتوجههم نحو استخدام الطاقة الخضراء المستدامة.

صورة (2): صورة لمشروع طاقة شمسية كهروضوئي متكامل مع المباني (BIPV) في مدرسة كوبنهاغن الدولية في الدنمارك.

صورة (3): صورة لمشروع طاقة شمسية كهروضوئي متكامل مع المباني (BIPV) تم فيه استخدام ألواح ملونة على شكل أسقف قرميد. (Photo Credit: 3S-Solarplus).

صورة (4): صورة لمشروع طاقة شمسية كهروضوئي متكامل مع المباني (BIPV) على شكل نظام حماية من السقوط للشرفات. (Photo Credit: 3S-Solarplus).

ما هي معوقات مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV)

1. طبيعة مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV) تتضمن خصوصية أكثر لكل مشروع مقارنة مع مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية التقليدية التي يتم تركيبها على الأراضي أو على أسطح المباني. وهذا يعني منتجات مخصصة أكثر باختلاف اللون أو الأبعاد أو التصميم. وبما أن حجم تركيبات حصة مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV) ما زال صغير نسبياً، فذلك يؤدي إلى ارتفاع ملحوظ في أسعار الألواح ومكونات المشروع المختلفة.
2. ارتفاع كلف أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV Systems) مقارنة مع كلف مواد البناء التقليدية.
3. تدخل العديد من الأطراف في هذا النوع من المشاريع من المخططين، المعماريين، ومصممي المشاريع، ومالكي المباني.
4. عدم وجود المعرفة الكافية بأنظمة مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV) لدى مخططي مشاريع المباني، المعماريين، ومالكي المباني.
5. الحاجة إلى فحص الألواح كألواح كهروضوئية منتجة للطاقة، بالإضافة إلى فحصها كمنتج يستخدم في البناء. وهذا يؤدي إلى رفع كلفة الفحص والحصول على الشهادات للألواح.
6. الحصول على الموافقات الرسمية لتركيب هذه الأنظمة يأخذ وقتاً طويلاً.
7. حجم تركيبات هذه الأنظمة لم يصل إلى مرحلة الانتشار الواسع حتى الآن، وهذا يؤدي إلى ارتفاع كلف المواد المستخدمة في تركيبها.

 

أمور يجب أخذها بعين الاعتبار

هناك العديد من الأمور التي يجب أخذها بعين الاعتبار في تصميم وتخطيط مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV)، مثل:

1. أعلى فائدة في مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV) يمكن تحقيقها في حال تم أخذها بعين الاعتبار في المراحل الأولية لتصميم المباني. وذلك بالاستغناء عن بعض مواد البناء التقليدية واستخدام ألواح الطاقة المتكاملة مع المباني عوضاً عنها، مما يساهم بشكل غير مباشر بخفض كلف هذه الأنظمة وتحسين جدواها الاقتصادية.
2. يعتبر المظهر الجمالي من الأمور المهمة جداً في هذه المشاريع، لذلك يجب أخذ ذلك بعين الاعتبار في مرحلة تمديدات الكوابل للنظام، كذلك الأمور بالنسبة لتصميم الألواح (إن كان هناك إمكانية لإخفاء علبة التوصيل (Junction Box) خلف الإطار المعدني للوح على سبيل المثال) والهياكل المعدنية.
3. طبيعة هذه المشاريع تؤدي إلى تعرض الألواح للظلال بشكل أكبر مقارنة مع مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية التقليدية، لذلك يجب أن تكون الألواح أكثر قدرة على تحمل تعرضها للظلال.
4. استقراريه ألوان المواد المستخدمة في هذا النوع من التركيبات، وعدم تغيرها مع مرور الوقت للحفاظ على المظهر الجمالي للألواح.
5. وضع أمور الصيانة والتشغيل بعين الاعتبار في مرحلة التصميم، مثل آلية استبدال لوح أو عاكس معطل.
6. في الكثير من الحالات سوف يكون هناك حاجة ماسة لاستخدام الكترونيات القدرة على مستوى الألواح (بالإنجليزية: Module Level Power Electronics ، واختصاراً: MLPE). وذلك بسبب اختلاف زوايا التركيب أو الظلال.

صورة (5): صورة لألواح شمسية كهروضوئية ملونة مخصصة لمشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV) . (Photo Credit: AVANCIS ).

المعايير العالمية لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV)

قامت اللجنة الكهروتقنية الدولية (بالإنجليزية: International Electrotechnical Commission ، اختصاراً: IEC) بنشر المعيار IEC 63092-1 في عام 2020، ويتضمن هذا المعيار متطلبات ألواح أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV PV Modules)، بينما يحدد المعيار IEC 63092-2 متطلبات أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV Systems).

 

الجدوى الاقتصادية لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة مع المباني (BIPV)

من الأخطاء الشائعة في هذا تخطيط وتصميم هذا النوع من الأنظمة هو حساب الجدوى الاقتصادية لها من خلال مقارنتها بأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية التقليدية التي يتم تركيبها على الأسطح. وذلك لأن هذا النوع من المشاريع يتضمن الاستغناء عن مكونات أساسية يتم استخدامها في أغلفة المباني.

لذلك يتجه البعض في دراسات حساب الجدوى الاقتصادية لهذه المشاريع بناءً على الكلف الإضافية التي تتضمنها، أي بعد خصم كلف مواد البناء التي كان من المفترض استخدامها في غلاف المبنى.