Tywoniak J., Staněk K., Ženka M. ČVUT v Praze Fakulta stavební, Katedra konstrukcí pozemních staveb Thákurova 7, 166 29 Praha 6, email: kamil.stanek@fsv.cvut.cz http://fotovoltaika.fsv.cvut.cz Stavební integrace fotovoltaických systémů Střechy, Letňany, 1/29
Zaměření FV pole s vysokou mírou stavební integrace
Způsoby integrace FV do budov a) šikmá střecha b) plochá střecha c) fasáda d) haly e) průmyslové stavby f) atria g) vnější stínicí prvky
Architektonický přístup p k integraci FV Mimikry Doplňuje design Dotváří arch. image Určuje arch. výraz Nové arch. koncepty
1. c-si FV pole s vysokou mírou m integrace na koberovském m příkladup
Základní koncepce PD Koberovy - kompaktní tvar, obnovitelné materiály - dobře izolované, kvalitní okna - vzduchotěsné - nucené větrání s rekuperací - zemní výměníky, pasivní solární zisky - teplovodní kolektory, akumulační zásobník - krbová kamna na dřevo
Koberovské FV systémy DŮM Č. 6 8,45 kw p energeticky nulový dům vysoká míra stavební integrace dva koncepty: DŮM Č. 7 1, kw p energeticky zabezpečený dům vysoká míra energetické integrace
Dům č.6 Energeticky nulový v roční bilanci Základní parametry: instalovaný jmenovitý DC výkon výstupní jmenovitý AC výkon počet FV panelů celková plocha FV panelů / instalace síťové DC/AC měniče napětí 8,45 kw p 6,9 kw 65 ks 6,4 / 62,7 m 2 2 ks připojeno na 2 fáze FV systém je v síťovém provozu a FV produkce je dodávána do lokální distribuční soustavy (DS) = nekonečný akumulátor. Dům je pouze nositelem technologie.
Dům č.6 Energetická bilance energetický přebytek Energetická potřeba a energetická produkce jsou v rovnováze. Nízká energetická potřeba pasivního domu činí z fotovoltaiky relativně významný zdroj energie.
Dům č.6 Stavební řešení - od okapu po hřeben - (částečná) náhrada střešní krytiny - vřazená větraná dutina
Dům č.6 Barevnost a detail Barevně sjednocené... pečlivost v detailech černé rámy FV panelů, černé přítlačné tvarovky.
Dům č.7 Energeticky zabezpečený ený 1,1 kw p FV systém s pohotovostní zálohou 12 kwh Základní parametry: instalovaný jmenovitý DC výkon výstupní jmenovitý AC výkon počet FV panelů 1,1 kw p 1, kw 7 ks celková plocha FV panelů / instalace 9, / 9,2 m 2 síťové DC/AC měniče napětí 1 ks připojeno na 1 fázi
Dům č.7 Prvky zálohy z a provoz 12 V gelové akumulátory ostrovní DC/AC měnič napětí 1 ks, kapacita 1 2 Ah = 12 kwh vč. ztrát 1 ks, min. pohotovostní AC výkon 3,4 kw inteligentní řídící jednotka Běžný provoz > - FV produkce prodávána - je využívána elektřina z DS - baterie jsou udržovány nabité Nouzový provoz > - výpadek DS ostrovní provoz - klíčové domovní technologie a nouzové osvětlení v provozu
Solárn rní potenciál l lokality celoroční provoz: OPTIMUM: jih, 35 KOBEROVY: jih, 45 9 8 7 6 Roč ní úhrn dopadajícího sluneč ního záření v kwh/(m 2.rok) 4 5 6 7 8 9 1 11 9 1 8 7 6 5 4 sklon ( ) 5 4 6 7 8 9 11 12 9 8 7 6 3 2 1 8 9 1 1 11 -S 45-SV 9-V 135-JV 18-J 225-JZ 27-Z 315-SZ 36-S orientace ( ) 11 1 9 1 8
Mechanismus ztrát t a předpovp edpověď roční produkce příčina / druh ztráty odpovídající vyjádření účinnosti průměrná roční hodnota Pokles napětí (tedy i výkonu) vlivem zvýšené provozní teploty křemíkových článků. Pokles napětí (tedy i výkonu) při nízkých intenzitách záření. Optická ztráta odrazem na krycím skle FV panelů při velkých úhlech dopadu slunečních paprsků. reálná účinnost FV panelůη PV 87,5 % až 93,5 % relativní optická účinnost η opt 96,5 % Ztráta na DC/AC měničích (závisí na typu měniče). Euro-ETA 91 až 98 % Ztráta na kabeláži. - 1,5 % Ostatní ztráty: běžné provozní ztráty, vliv zapadání sněhem, odchylky od jmenovitých hodnot jednotlivých komponent, znečištění, servisní / neplánované odstávky. - 4,5 % Výsledný výkonový součinitel FV systému. PR,8
85 Oblast šir irší šího optima se započtením ztrát 65 9 4 3 4 65 45 5 35 3 45 5 55 35 4 4 45 6 7 7 6 8 75 55 8 75 7 85 8 9 85 6 95 6 65 65 45 7 5 5 5 6 7 9 75 55 8 75 55 4 sklon ( ) 8 85 3 95 65 65 9 85 7 95 7 2 75 75 9 9 8 1 1% 8 - S 45 - SV 9 - V 135 - JV 18 - J 225 - JZ 27 - Z 315 - SZ 36 S 85 azimut ( ) ÚVAHA: maximalizace produkce VS. nároky na složitější konstrukci
Účinky větru v nároky na kotvení
Vliv provozní teploty na konverzní účinnost - výkonový pokles o cca,45 % / ºC 16 14 konverzni ucinnost (%) 12 1 8 6 4 2 Teplota clanku: 25 C 5 C 75 C 1 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 intenzita zareni (W/m2)
Naměřené teploty (14.8.28) dům K6 - na FV článcích teplota stoupá až k 7 ºC - rozdíl teplot u okapu a teploty u hřebene dosahuje až 11 ºC 7 6 5 4 3 2 1 : 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: 1: 11: 12: 13: 14: 15: 16: 17: 18: Teplota FV panelů ( C) 19: 2: 21: 22: 23: čas (hod) FV panely horní FV panely dolní vzduch horní vzduch dolní
Porovnání teplot na domech K6 a K7 - typický průběh teplot pro slunný letní den - vzájemný rozdíl mezi instalacemi je až 13 ºC K6 K7 7 6 ) ( C 5 lů e a n4 p F V 3 ta lo p2 Te 1 K7 dolní K7 horní K6 dolní K6 horní K6 integrace do krytiny K7 nad krytinou : 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6 : 7 : 8 : 9 : 1 : 1 : 1 2 : 1 3 : čas (hod) 1 4 : 1 5 : 1 6 : 1 7 : 1 8 : 1 9 : 2 : 2 1 : 2 : 2 3 :
Porovnání konverzních účinností FV panelů na K6 a K7 - se vzrůstající teplotou na FV panelech klesá relativní účinnost - optimalizace provětrávací dutiny ze zadní strany FV panelů 1,8 1,4 1, K7 K6,96,92,88,84,8 Relativní vývoj účinnosti (-) : 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: 1: 11: 12: 13: 14: 15: 16: 17: 18: 19: 2: 21: 22: 23: čas (hod)
2. experimentáln lní FV fasáda na ČVUT
Experimentáln lní FV systém m na FSv ČVUT v Praze FASÁDA: vysoká míra stavební integrace STŘECHA: instalace v otevřené poloze
Stavební detaily
Charakter rozložen ení teplot v systému větranv trané FV fasády nárůst provozní teploty FV panelů nerovnoměrné rozložení teploty FV panelů v rámci FV pole - IR snímek 28.4.28 -
Měření 13.9.28: Teploty FV fasáda Vs. střešní pole E4 max T = 28,4 C E4
Měření 13.9.28: Rozložen ení teploty na panelech
Měření 13.9.28: Vliv stínění E2 E3
Vliv stínění FV panelů 1 2 3 72 FV článků v sérii 3 bypass diody Velikost stínění na článcích Výkon FV panelu [W] Bez stínění 1, 1/4 článku 88,4 1/2 článku 67,4 Celý článek 6,3 1 svislá řada 58, 2 články vedle sebe 24, 3 články vedle sebe,9 Fotovoltaika je na stínění velmi citlivá!
3. Pokročilejší instalace
Stínění fotovoltaická markýza zima léto Jednoduchá statická instalace hledání optimální polohy ochrana proti nadměrným tepelným ziskům, výroba el. energie, osvětlenost interiéru
Stínění fotovoltaická markýza Architektonicky výrazný prvek výzva hledání atraktivního designu atypické výrobky, semitransparentní panely, bezrámové skleněné lamely, sofistikovaná podpůrná konstrukce, možnost natáčení (regulace výkonu, osvětlení)
FV na rozhraní INTERIÉR - EXTERIÉR - atria, schodiště součást st lehkých obvodových pláš ášťů (ochrana proti přehřívání) - vysoké požadavky na obvodové konstrukce prostup tepla, požár, r, - architektonické ztvárn rnění grafika, práce se světlem
Semitransparentní FV hra se světlem X Ostré rozhraní světla a stínu (krystalický křemk emík) Difúzn zní rozptýlené světlo (tenkovrstvá FV amorfní křemík) - optická pohoda interiéru - účel místnostim
FV jako náhrada n klasické stavební konstrukce - pohyblivá sluneční clona - výplňov ová konstrukce balkonu
Netradiční instalace FV