건물 일체형 태양광 발전

Building-integrated photovoltaics
「BAPV」는 여기서 리다이렉트 됩니다.은행에 대해서는 방카 안톤베네타를 참조하세요.
영국 맨체스터에 있는 CIS 타워는 550만 파운드의 비용으로 PV 패널로 덮여 있었다.2005년 11월부터 내셔널 그리드에 전력을 공급하기 시작했다.
캘리포니아에 있는 Apple Inc.의 본사입니다.지붕은 태양 전지판으로 덮여 있다.

건물 일체형 태양광 발전(BIPV)은 지붕, 천창 또는 [1]전면과 같은 건물 외피의 일부에서 기존의 건축 자재를 대체하기 위해 사용되는 태양광 발전 재료입니다.기존 건물이 유사한 기술로 개조될 수 있지만, 이러한 전력은 점점 더 주 또는 보조 전력원으로서 새로운 건물 건설에 통합되고 있다.보다 일반적인 비통합 시스템에 비해 통합 태양광 발전의 장점은 BIPV 모듈이 교체하는 건물의 일부를 건설하는 데 일반적으로 사용되는 건축 자재 및 인건비에 드는 비용을 줄임으로써 초기 비용을 상쇄할 수 있다는 것이다.또한, BIPV는 건물의 미관상 문제와 기존의 랙 마운트형 태양 전지판이 건물의 의도된 외관을 방해할 때 보다 광범위한 태양 전지 채택을 가능하게 합니다.

건물 적용 태양광 발전(BAPV)이라는 용어는 때때로 공사가 완료된 후 건물에 통합된 개조된 태양광 발전소를 지칭하는 데 사용된다.대부분의 빌딩 통합 설비는 실제로 BAPV입니다.일부 제조업체와 건설업체는 BAPV와 새로운 건설 BIPV를 [2]구분합니다.

역사

건물의 PV 애플리케이션은 1970년대에 등장하기 시작했다.알루미늄 프레임의 태양광 발전 모듈은 일반적으로 전력망에 접근하지 않고 멀리 떨어진 곳에 있는 건물에 연결되거나 설치되었습니다.1980년대에 지붕에 추가되는 태양광 발전 모듈이 시연되기 시작했습니다.이러한 PV 시스템은 보통 중앙 집중식 발전소가 있는 지역의 유틸리티 그리드 연결 건물에 설치되었다.1990년대에 빌딩 엔벨로프에 통합되도록 특별히 설계된 BIPV 건설 제품이 [3]상용화되었습니다.Patrina Eiffert의 1998년 박사학위 논문 'BIPV의 경제적 평가(An Economic Assessment of BIPV)'는 언젠가 재생 에너지 크레딧(REC)[4]을 거래하는 데 경제적 가치가 있을 것이라고 가정했다.미국 국립 재생 에너지 연구소의 2011년 경제 평가와 BIPV 역사에 대한 간략한 개요는 BIPV 설치 비용이 태양광 [5]패널과 경쟁하기 전에 극복해야 할 중대한 기술적 과제가 있을 수 있음을 시사한다.그러나 광범위한 상용화를 통해 BIPV 시스템이 2020년 [6]제로 에너지 빌딩(ZEB) 유럽 목표의 중추 역할을 할 것이라는 공감대가 커지고 있다.기술적인 약속에도 불구하고, 건축 산업의 보수적인 문화와 고밀도 도시 설계와의 통합과 같은 광범위한 사용에 대한 사회적 장벽도 확인되었다.이러한 저자들은 장기적인 사용을 가능하게 하는 것은 기술 [7]개발만큼이나 효과적인 공공 정책 결정에 달려 있다고 주장한다.

스페인 바르셀로나 근처의 태양광 발전 벽
스페인 마드리드 자치대학, PV 솔라 주차 캐노피

폼

2009년 에너지 프로젝트 수상 525킬로와트 BIPV 쿨플라이 시스템은 미국 매사추세츠주 폭스버러 질레트 스타디움 인근 패트리엇 플레이스 컴플렉스에 있는 SolarFrameWorks사가 제작하였습니다.시스템은 지붕 관통부가 없는 평평한 지붕 위에 설치되었습니다.
마드리드(스페인)에 위치한 도시 건물의 BAPV 태양 전면.
United Solar Ovonic 박막 PV 건물 일체형 태양광 대상

BIPV [citation needed]제품에는 주로 다음 4가지 유형이 있습니다.

  • 지상 및 옥상 발전소용 결정질 실리콘 솔라 패널
  • 유리 커튼월 및 투명한 천창과 같은 중공, 연색, 적청색 황색일 수 있는 비정질 실리콘 박막 태양전지 모듈
  • 빌딩 엔벨로프 요소 또는 빌딩 엔벨로프 기판에 적층된 플렉시블 모듈 상의 CIGS 기반(Copper Indium Galium Selenide) 박막 셀
  • 내부에 사각 셀이 있는 이중 유리 태양 전지판

건물 통합형 태양광 발전 모듈은 여러 가지 형태로 제공됩니다.

  • 평평한 지붕
    • 현재까지 가장 널리 설치된 것은 플렉시블 폴리머 모듈에 통합된 비정질 박막 태양전지로, 태양 모듈 백시트와 루프막 [clarification needed]사이에 접착 시트를 사용하여 루프막에 부착되어 있습니다.구리 Indium Galium Selenide(CIGS) 기술은 이제 미국에 본사를[8] 둔 회사가 생산한 것과 같은 17%의 셀 효율과 영국에 본사를 둔 [9]회사가 이러한 셀을 융합함으로써 TPO 단일 플라이 막에서 동등한 빌딩 통합 모듈 효율성을 제공할 수 있습니다.
  • 경사지붕
    • 태양광 기와는 태양광 모듈이 통합된 (세라믹) 기와입니다.세라믹 태양 지붕 타일은 2013년 네덜란드의[10] 한 회사가 개발해 특허를 취득했다.
    • 여러 개의 기와 모양의 모듈.
    • 태양 대상포진은 유연한 박막 셀을 내장하면서 일반 대상포진과 같이 보이고 작동하도록 설계된 모듈입니다.
    • 자외선 및 수분 열화로부터 단열재와 막을 보호하여 정상적인 지붕 수명을 연장합니다.이슬점이 지붕막 [11]위에 유지되기 때문에 결로를 제거하여 이를 실현합니다.
    • 금속 피치 루프(구조 및 건축 모두)는 이제 독립형 플렉시블[12] 모듈을 접합하거나 CIGS 셀을 기판에[13] 직접 열 및 진공 씰링하여 PV 기능과 통합되고 있습니다.
  • 전면
    • 기존 건물에 파사드를 설치할 수 있어 오래된 건물을 완전히 새롭게 꾸밀 수 있습니다.이러한 모듈은 기존 구조물 위에 건물의 정면에 장착되어 건물의 매력과 재판매 [14]가치를 높일 수 있습니다.
  • 글레이징
    • 태양광 발전 창문은 (반) 투명한 모듈로, 일반적으로 유리 또는 유사한 재료로 만들어진 많은 건축 요소를 대체할 수 있습니다(예: 창문과 천창).이는 전기 에너지를 생산하는 것 외에도 우수한 단열 특성과 태양 복사 제어로 인해 추가적인 에너지 절약을 창출할 수 있습니다.
  • 태양광 스테인드 글라스:에너지 하베스트 기술의 주택 및 상업용 건물로의 통합은 최종 제품의 전체적인 미관을 더 많이 고려하는 추가적인 연구 영역을 열었다.여전히 높은 수준의 효율성을 유지하는 것이 목표이지만, 태양광 발전 윈도우의 새로운 개발은 또한 소비자에게 최적의 수준의 유리 투명성 및/또는 다양한 색상 중에서 선택할 수 있는 기회를 제공하는 것을 목표로 한다.다양한 색상의 '오염된 유리' 태양 전지판은 더 넓은 스펙트럼에서 특정 범위의 파장을 흡수하도록 최적으로 설계될 수 있다.착색 광전 유리는 반투명, 페로브스카이트, 염료 감응 태양전지를 사용하여 성공적으로 개발되었습니다.
    • Fabry-Pérot 에탈론 기술로 착색된 빛을 흡수하고 반사하는 플라스모닉 태양전지를 만들었습니다.이 세포들은 "두 개의 평행 반사 금속막과 그들 [15]사이의 유전체 공동막"으로 구성되어 있다.두 전극은 Ag로 만들어지며, 그 사이의 공동은 Sb2O3 기반입니다.유전체 공동의 두께와 굴절률을 수정하면 어느 파장이 가장 최적으로 흡수되는지 변화합니다.흡수층 유리의 색상을 셀의 두께와 굴절률이 둘 다 전송되도록 가장 잘 조정된 스펙트럼의 특정 부분에 일치시키면 셀의 색상이 강화되어 셀의 미관을 향상시키고 광전류 손실을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 빨간색 및 파란색 조명 장치에서 34.7%, 24.6%의 투과율이 달성되었습니다.화려하게블루 디바이스는 흡수된 빛의 13.3%를 전력으로 변환할 수 있어 개발 및 테스트된 모든 컬러 디바이스에서 가장 효율적입니다.
    • 페로브스카이트 태양전지 기술은 금속 나노와이어 두께를 각각 [16]8nm, 20nm, 45nm로 변경해 빨간색, 녹색, 파란색으로 조정할 수 있다.10.12%, 8.17%, 7.72%의 전력 효율은 특정 셀이 최적으로 전송하도록 설계된 파장에 유리 반사율을 일치시킴으로써 달성되었습니다.
    • 염료감응형 태양전지는 빛을 포착하고 그것을 사용 가능한 에너지로 변환하기 위해 액체 전해질을 사용한다; 이것은 천연 색소가 식물에서 광합성을 촉진하는 것과 비슷한 방식으로 달성된다.엽록소가 잎에서 녹색을 만드는 데 책임이 있는 특정한 색소인 반면, 카로티노이드와 안토시아닌과 같은 자연에서 발견되는 다른 염료들은 오렌지 색소와 보라색 [17]염료의 변형을 만들어냅니다.콘셉시온 대학의 연구원들은 특정 파장의 [18]빛을 나타나 선택적으로 흡수하는 색소 감응형 태양 전지의 생존 가능성을 증명했다.이 저비용 용액은 마키과일, 흑머틀, 시금치에서 천연 색소를 추출하는 것을 감작제로 사용한다.그런 다음 이러한 천연 감작제는 투명한 유리 두 층 사이에 놓입니다.이러한 특히 저비용 셀의 효율 수준은 여전히 불분명하지만, 유기 염료 셀에 대한 과거 연구는 "9.8%[19][20][21]의 높은 전력 변환 효율성"을 달성할 수 있었다.

투명하고 반투명한 태양광 발전

투명한 태양 전지판은 유리판의 내부 표면에 산화 주석 코팅을 사용하여 전류를 전지 밖으로 내보냅니다.셀에는 광전 [22]염료로 코팅된 산화티타늄이 포함되어 있습니다.

대부분의 전통적인 태양 전지는 가시광선과 적외선을 이용하여 전기를 발생시킨다.이와는 대조적으로, 혁신적인 새로운 태양 전지는 또한 자외선을 사용한다.기존 윈도우 글라스를 교체하거나 유리 위에 배치하는 경우 설치 표면적이 넓어 발전, 조명 및 온도 [citation needed]제어 기능을 모두 활용할 수 있습니다.

투명한 태양광 발전의 또 다른 이름은 "반투명 태양광 발전"입니다.무기 광전지와 마찬가지로 유기 광전지도 반투명할 수 있다.

투명 및 반투명 태양광 발전의 종류

비파장 선택형

일부 비파장 선택 광전지는 불투명한 태양 전지의 공간 분할에 의해 반투명성을 달성한다.이 방법은 모든 유형의 불투명한 광전지 셀을 사용하며 투명 기판 위에 여러 개의 작은 셀을 띄웁니다.이렇게 간격을 두면 전력 변환 효율이 크게 저하되고 전송 [23]효율도 높아집니다.

비파장 선택형 광전지의 또 다른 분야는 가시적으로 흡수되는 박막 반도체로 두께가 작거나 빛이 통과할 수 있을 만큼 충분히 큰 밴드 갭을 이용한다.그 결과 공간적으로 분할된 불투명 태양 [23]전지와 유사한 효율과 전송 간의 직접적인 트레이드오프를 갖는 반투명 태양광 발전소가 탄생한다.

파장 선택형

파장선택형 광전지는 UV 및/또는 NIR 빛만을 흡수하는 재료를 이용하여 투명성을 달성하며 [24]2011년에 처음 시연되었다.전송 속도는 높지만 전력 변환 효율은 낮습니다.다양한 과제가 있기 때문입니다.여기에는 작은 들뜸 확산 길이, 효율성을 저해하지 않는 투명 전극의 스케일링, [23]일반적으로 TPV에 사용되는 유기 물질의 휘발성으로 인한 일반적인 수명이 포함됩니다.

투명하고 반투명한 태양광 발전의 혁신

가시 스펙트럼에 흡수된 매우 얇은 활성층을 사용하여 비파장 선택형 반투명 유기 광전지를 개발하려는 초기 시도는 [25]1% 미만의 효율성만 달성할 수 있었다.그러나 2011년 유기 클로로알루미늄 프탈로시아닌(ClAlPc) 공여체와 플라렌 수용체를 이용한 투명 유기 광전기는 약 1.[24]3%의 효율과 65% 이상의 가시광선 투과로 자외선 및 근적외선(NIR) 스펙트럼에서 흡수를 보였다.2017년 MIT 연구진은 유기 태양전지에 투명 그래핀 전극을 성공적으로 퇴적시키는 공정을 개발하여 가시광선의 61% 투과율을 2.8%~4.1%[26]까지 향상시켰다.

페로브스카이트 태양전지는 효율이 25%가 넘는 차세대 태양광 발전으로 각광받고 있어 반투명 태양광 발전으로도 기대를 모으고 있다.2015년 메틸암모늄 납 3요오드화 페로브스카이트와 은나노와이어 메쉬 탑 전극을 이용한 반투명 페로브스카이트 태양전지는 800 nm 파장에서 79%의 투과율과 약 12.7%[27]의 효율을 보였다.

정부 보조금

다음 항목도 참조하십시오.태양광 발전에 대한 재정적 인센티브

일부 국가에서는 독립형 태양광 시스템에 대한 기존 공급 관세 외에 건물 통합형 태양광 발전소에 대한 추가 인센티브 또는 보조금이 제공된다.2006년 7월 이후 프랑스는 BIPV에 대해 가장 높은 인센티브를 제공했는데, 이는 PV [28][29][30]시스템에 대한 30유로 센트에 더해 추가로 지급된 EUR 0.25/kWh에 해당한다.이러한 인센티브는 배전망에 공급되는 전기에 대해 지급되는 요금 형태로 제공됩니다.

유럽 연합

  • 프랑스 €0.25/kWh[29]
  • 독일 €0.05/kWh 파사드 보너스가 2009년에 만료됨
  • 이탈리아 €0.04–€0.09/kWh[citation needed]
  • 영국 4.18 p/kWh[31]
  • 스페인은 €0.28/kWh(RD 1578/2008)를 받는 비건물 설치와 비교:
    • 20kW 이하: €0.34/kWh
    • 20kW 이상: €0.31/kWh

미국

  • 미국 – 주에 따라 다릅니다.상세한 [32]것에 대하여는, 「갱신 가능 에너지와 효율에 관한 국가 인센티브의 데이타베이스」를 참조해 주세요.

중국

2009년 3월 BIPV 시스템용 와트당 20위안, 옥상 시스템용 와트당 15위안을 제공하는 BIPV 프로젝트 보조금 프로그램 발표에 이어 최근 중국 정부는 태양광 발전 보조금 프로그램인 '황금선 시연 프로젝트'를 발표했다.이 보조금은 태양광 발전 벤처의 개발과 PV 기술의 상용화를 지원하는 것을 목적으로 하고 있다.2009년 [33]7월, 재정성, 과학기술성, 에너지국이 공동으로 이 계획의 내용을 발표했다.옥상, BIPV 및 지상 실장 시스템을 포함한 적격 온 그리드 태양광 발전 프로젝트는 관련 전송 인프라를 포함하여 각 프로젝트 총 투자의 50%에 해당하는 보조금을 받을 수 있습니다.원격지의 적격 오프 그리드 독립 프로젝트에는 총 [34]투자액의 최대 70%가 보조금을 받을 수 있습니다.11월 중순, 중국 재정부는 중국의 태양 에너지 생산을 [35]획기적으로 증가시키기 위한 보조금 계획으로 총 642 메가와트 프로젝트 294개를 선정했다.

기타 통합 태양광 발전

차량 통합 태양광 발전(ViPV)은 [36]차량의 경우와 유사하다.태양 [37][38][39][40]전지는 자동차 설계에 따라 후드, 지붕, 그리고 트렁크와 같은 햇빛에 노출된 패널에 내장될 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

외부 링크