تقنية الخلايا الشمسية المدمجة في المباني

تقنية الخلايا الشمسية المدمجة في المباني (Building Integrated Photovoltaics – BIPV) هي نوع من التكنولوجيا الشمسية التي يمكن توليد الطاقة الكهربائية من خلال إستخدام الخلايا الشمسية المدمجة في هياكل ومواد المباني وتهدف هذه التقنية إلى تحويل المباني من مجرد مباني مستهلكة للطاقة إلى مولّدات نشطة للطاقة الكهربائية . من خلال هذا المقال سوف نتعرف على هذه التقنية ، فوائدها ، أنواعها ، تطبيقاتها ، التحديات التي تعيق إنتشارها ، وأمثلة لمشاريع الوطن العربي أُستخدمت فيها هذه التقنية.

ما هي تقنية الـ BIPV ؟

هي تقنية تدمج الخلايا الشمسية مباشرة في هياكل المباني، سواء كانت واجهات خارجية، أو سقوف، أو حتى نوافذ ، وتُعتبر تقنية الـ BIPV جزءاً من مفهوم البناء النشط أو الأخضر، حيث يقوم البناء بدوره في توليد الطاقة الطاقة الكهربائية بشكل مباشر من أجزاءه المختلفة بدلاً من كونه مجرد هيكل ثابت. ببساطة ، يمكن إستخدام الـBIPV كبديل للأسقف والمناور وواجهات المباني.

ما هي فوائد BIPV ؟

• توفير الطاقة الكهربائية : يمكن لتقنية الـBIPV توليد الطاقة الكهربائية بطريقة نظيفة ومستدامة، مما يقلل من الإعتماد على مصادر الطاقة التقليدية.
• تخفيض فواتير الكهرباء: بفضل توليد الطاقة الكهربائية الذاتية، يمكن للمباني المجهزة بتقنية الـBIPV تقليل فواتير الكهرباء أو حتى الحصول على إيرادات من بيع الطاقة الزائدة.
• حماية البيئة: يساهم استخدام الـBIPV في تقليل انبعاثات الكربون وحماية البيئة.
• تحسين المظهر الجمالي: يمكن تصميم الـ BIPV بطرق مبتكرة وجميلة لتنسجم مع تصميم المباني وتحسين مظهرها.

أنواع متنجات تقنية BIPV:

أشهر أنواع منتجات تقنية الـ BIPV  :

• منتجات السيليكون البلوري :
  تتكون الخلايا البلورية السميكة من السيليكون البلوري التي لها القدرة على توليد 200-220 واط لكل متر مربع في ضوء الشمس الكامل.

• منتجات الأغشية الرقيقة:
  منتجات الأغشية الرقيقة عبارة عن طبقات رقيقة من المواد الكهروضوئية المطبقة على ركيزة زجاجية . تنتج هذه 40-60 واط لكل متر مربع في ضوء الشمس الكامل ، في حين أن منتجات الأغشية الرقيقة لها إنتاجية أقل، إلا أنها أقل تكلفة.

بعض تطبيقات تقنية الـ BIPV:

هنالك العديد من التطبيقات لتقينة الـ في المباني حيث يمكن إستخدام كواجهات للمباني ، كأسقف للمظلات والمنازل ، في الشرفات و كذلك السياج وغيرها من التطبيقات.

الفرق بين تقنية الـBIPV و الـBAPV:

الفرق بين هاتين التقنيتين هو أن BIPV تلعب دور مواد البناء كجزء لا غنى عنه من المبنى ولا تلبي المتطلبات الوظيفية لتوليد الطاقة الكهروضوئية فحسب ، بل تأخذ أيضاً في الإعتبار المتطلبات الوظيفية للمباني حيث إنها مزيج للمنتجات الكهروضوئية ومواد البناء ، ويمكن أن تحل محل جزء من مواد البناء التقليدية ، كما يتم عمل التصميم المتكامل في مرحلة التصميم المعماري ، وتشكيل جسم متكامل مع المبنى الرئيسي أثناء البناء.

أما في حالة ال (Building Applied Photovoltaics – BAPV) يتم ربط المكونات الموجودة في مبنى BAPV بالمبنى فقط من خلال هيكل دعم بسيط ، وبعد إزالة الوحدات الكهروضوئية ، تظل وظائف المبنى سليمة.

أيضاً يتم تصميم ألواح الـ BIPV في أشكال مختلفة من مواد زخرفة المباني ، لتحل محل مواد البناء التقليدية مثل الجدران الستارية الزجاجية ، والأحجار الزخرفية للجدار الخارجي، وبلاط الأسقف ، وفي نفس الوقت كنظام توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، وتكون من وظائف هذه الوحدات الحماية من الرياح والأمطار والحرارة ، وبعد إزالتها ، سيفقد المبنى هذه الوظائف. بينما لن تزيد الـ BAPV من أداء مقاومة الماء والرياح للمبنى ، علاوة على ذلك، ستزيد BAPV من عبء المبنى وتؤثر على التأثير الكلي للمبنى.بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة لسطح المبنى ، فإن الـ BAPV لديها أيضاً مشكلة الإنشاءات المتكررة ، والتي تعدإهداراً خطيراً لمواد البناء.

ما هي التحديات التي تواجه تقنية الـ BIPV ؟

• تكلفة الإستثمار الأولية:
  تكون تكلفة تركيب تقنية الـBIPV مرتفعة في البداية، مما يعتبر عائقاً للتبني الواسع.
• متطلبات التصميم والهندسة:
  تتطلب تقنية الـBIPV تصميماً وهندسة معقدة لضمان فعالية الأداء والتوافق مع هياكل المباني.
• مقاومة المواد للظروف البيئية:
  يجب أن تكون الخلايا الشمسية المستخدمة في الـBIPV قادرة على تحمل الظروف الجوية المختلفة بما في ذلك الرطوبة والحرارة والتأثيرات الميكانيكية.
• التشريعات والتنظيمات:
  تواجه تقنية الـBIPV تحديات في القوانين المحلية والتنظيمات المتعلقة بالبناء والطاقة.

أشهر مشاريع الوطن العربي التي أُستخدمت فيها تقنية الـBIPV:

بإختصار، تقنية الـ BIPV تمثل تطوراً مهماً في مجال الطاقة المتجددة والبناء المستدام، وعلى الرغم من وجود هذه التحديات، فإن فوائدها البيئية والإقتصادية تجعلها خياراً مثيراً للاهتمام للمباني في المستقبل.

من خلال سلسلة وصفات هندسية وإدارية ، إن شاء الله تعالى سنتطرق إلى طرق تصميم المباني بتقنية الـBIPV وأهم العوامل التي يجب مراعاتها عند تصميم و تنفيذ المباني بإستخدامها.