وُصفت أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المدمجة في المباني بأنها مجال تسعى فيه منتجات الطاقة الشمسية الكهروضوئية غير التنافسية للوصول إلى السوق. لكن هذا قد لا يكون عادلاً، كما يقول بيورن راو، المدير الفني ونائب مدير شركة PVcomB في
يعتقد مركز هيلمهولتز في برلين أن الحلقة المفقودة في نشر أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المدمجة تكمن في تقاطع مجتمع البناء وصناعة البناء ومصنعي الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
من مجلة PV
بلغ النمو السريع للطاقة الكهروضوئية خلال العقد الماضي سوقًا عالميةً تُركّب حوالي 100 جيجاوات ذروة سنويًا، مما يعني إنتاج وبيع ما بين 350 و400 مليون وحدة شمسية سنويًا. ومع ذلك، لا يزال دمجها في المباني سوقًا متخصصة. ووفقًا لتقرير حديث صادر عن مشروع PVSITES البحثي التابع لبرنامج أفق 2020 التابع للاتحاد الأوروبي، لم يُدمج سوى حوالي 2% من سعة الطاقة الكهروضوئية المُركّبة في واجهات المباني عام 2016. ويُعدّ هذا الرقم الضئيل ملفتًا للنظر، خاصةً بالنظر إلى أن أكثر من 70% من الطاقة تُستهلك. ويُستهلك كل ثاني أكسيد الكربون المُنتَج عالميًا في المدن، كما أن ما يقرب من 40% إلى 50% من إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري تأتي من المناطق الحضرية.
لمواجهة تحدي غازات الاحتباس الحراري وتعزيز توليد الطاقة في الموقع، أصدر البرلمان الأوروبي والمجلس التوجيه 2010/31/EU لعام 2010 بشأن أداء المباني في مجال الطاقة، والمعروف باسم "المباني ذات الطاقة شبه الصفرية" (NZEB). ينطبق هذا التوجيه على جميع المباني الجديدة المزمع بناؤها بعد عام 2021. أما بالنسبة للمباني الجديدة المخصصة لإيواء المؤسسات العامة، فقد دخل هذا التوجيه حيز النفاذ في بداية هذا العام.
لم تُحدد أي إجراءات محددة لتحقيق معايير المباني ذات الطاقة المتجددة. يمكن لمالكي المباني مراعاة جوانب كفاءة الطاقة، مثل العزل الحراري، واستعادة الحرارة، ومفاهيم توفير الطاقة. مع ذلك، بما أن التوازن الطاقي الكلي للمبنى هو الهدف التنظيمي، فإن الإنتاج النشط للطاقة الكهربائية داخل المبنى أو حوله ضروري لتلبية معايير المباني ذات الطاقة المتجددة.
الإمكانات والتحديات
لا شك أن تطبيق أنظمة الطاقة الكهروضوئية سيلعب دورًا هامًا في تصميم المباني المستقبلية أو تحديث البنية التحتية للمباني القائمة. وسيكون معيار الطاقة المتجددة ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة (NZEB) دافعًا قويًا لتحقيق هذا الهدف، ولكنه ليس العامل الوحيد. إذ يمكن استخدام أنظمة الطاقة الكهروضوئية المتكاملة في المباني (BIPV) لتنشيط المساحات أو الأسطح الحالية لإنتاج الكهرباء. وبالتالي، لن تكون هناك حاجة إلى مساحة إضافية لجلب المزيد من الطاقة الكهروضوئية إلى المناطق الحضرية. وتتمتع أنظمة الطاقة الكهروضوئية المتكاملة بإمكانيات هائلة لإنتاج كهرباء نظيفة. وكما وجد معهد بيكريل عام ٢٠١٦، فإن الحصة المحتملة لتوليد الطاقة الكهروضوئية المتكاملة في إجمالي الطلب على الكهرباء تتجاوز ٣٠٪ في ألمانيا، وفي الدول الجنوبية (مثل إيطاليا) تصل إلى حوالي ٤٠٪.
لكن لماذا لا تزال حلول BIPV تلعب دورًا هامشيًا في قطاع الطاقة الشمسية؟ ولماذا نادرًا ما أُخذت في الاعتبار في مشاريع البناء حتى الآن؟
للإجابة على هذه الأسئلة، أجرى مركز أبحاث هيلمهولتز-زينتروم الألماني في برلين (HZB) تحليلًا للطلب العام الماضي، من خلال تنظيم ورشة عمل والتواصل مع الجهات المعنية في جميع مجالات أنظمة الطاقة الشمسية المتكاملة (BIPV). وأظهرت النتائج عدم وجود نقص في التكنولوجيا في حد ذاتها.
في ورشة عمل HZB، أقرّ العديد من العاملين في قطاع البناء، ممن ينفذون مشاريع بناء أو تجديد جديدة، بوجود فجوات معرفية فيما يتعلق بإمكانيات أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة (BIPV) والتقنيات الداعمة لها. فمعظم المهندسين المعماريين والمخططين وأصحاب المباني لا يملكون المعلومات الكافية لدمج تقنية الطاقة الشمسية الكهروضوئية في مشاريعهم. ونتيجةً لذلك، ثمة تحفظات كثيرة على أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة (BIPV)، مثل تصميمها الجذاب، وتكلفتها المرتفعة، وتعقيدها الباهظ. وللتغلب على هذه المفاهيم الخاطئة، يجب أن تكون احتياجات المهندسين المعماريين وأصحاب المباني في مقدمة الأولويات، وأن يكون فهم وجهة نظر هؤلاء أصحاب المصلحة بشأن أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتكاملة (BIPV) أولويةً قصوى.
تغيير في العقلية
تختلف أنظمة BIPV في جوانب عديدة عن أنظمة الطاقة الشمسية التقليدية على الأسطح، والتي لا تتطلب تنوعًا ولا مراعاةً للجوانب الجمالية. إذا طُوّرت منتجات لدمجها في عناصر البناء، فعلى المصنّعين إعادة النظر في تصميمها. يتوقع المهندسون المعماريون والبناؤون وسكان المباني في البداية وظائف تقليدية في هيكل المبنى. ومن وجهة نظرهم، يُعدّ توليد الطاقة ميزة إضافية. بالإضافة إلى ذلك، كان على مطوري أنظمة BIPV متعددة الوظائف مراعاة الجوانب التالية.
- تطوير حلول مخصصة فعالة من حيث التكلفة لعناصر البناء النشطة بالطاقة الشمسية ذات الحجم والشكل واللون والشفافية المتغيرة.
- تطوير المعايير والأسعار الجذابة (مثالية لأدوات التخطيط القائمة، مثل نمذجة معلومات البناء (BIM)).
- دمج العناصر الكهروضوئية في عناصر الواجهة الجديدة من خلال الجمع بين مواد البناء وعناصر توليد الطاقة.
- قدرة عالية على الصمود في مواجهة الظلال المؤقتة (المحلية).
- الاستقرار طويل الأمد وتدهور الاستقرار طويل الأمد وناتج الطاقة، فضلاً عن الاستقرار طويل الأمد وتدهور المظهر (على سبيل المثال استقرار اللون).
- تطوير مفاهيم المراقبة والصيانة للتكيف مع الظروف الخاصة بالموقع (النظر في ارتفاع التثبيت، واستبدال الوحدات المعيبة أو عناصر الواجهة).
- والامتثال للمتطلبات القانونية مثل السلامة (بما في ذلك الحماية من الحرائق)، وقوانين البناء، وقوانين الطاقة، وما إلى ذلك.
وقت النشر: 9 ديسمبر 2022