يختلف البناء الكهروضوئي، واسمه الكامل "البناء الكهروضوئي المتكامل" (BIPV)، عن شكل نظام الطاقة الكهروضوئية المتصل بالمبنى (BAPV)، وهو وسيلة لدمج منتجات الطاقة الشمسية (الطاقة الكهروضوئية) في المباني. وتعتمد هذه التقنية على استخدام وحدات كهروضوئية مصممة خصيصًا، واستبدال مواد البناء أو مكوناته الأصلية أثناء التركيب، ودمج النظام الكهروضوئي مع المبنى.

BAPV هو مزيج من المصفوفات الكهروضوئية والمباني، مثل وضع الألواح الشمسية على السطح هذا هو النموذج المستخدم بشكل شائع ويتميز بأنه لا يشغل مساحة إضافية على الأرضية؛

BIPV هو دمجٌ بين مصفوفات الخلايا الكهروضوئية والمباني، مثل أسقف البلاط الكهروضوئية، والجدران الستارية الكهروضوئية، وأسطح الإضاءة الكهروضوئية. تُعدّ هذه الطريقة شكلاً متكاملاً من المباني الكهروضوئية، حيث لا تُعدّ وحدات الخلايا الكهروضوئية أجهزة توليد طاقة فحسب، بل تُشكّل أيضاً جزءاً من الهيكل الخارجي للمبنى.

الوحدات المستخدمة في الخلايا الكهروضوئية المتكاملة (BIPV) هي زجاج توليد الطاقة، وهو مادة جديدة تُشير إلى الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من تيلوريد الكادميوم (CdTe). الزجاج مادة أساسية ناقلة للضوء. عند طلائه بمادة كهروضوئية (CdTe)، يمكن تحويل الزجاج العادي من عازل إلى موصل. يمكن استخدامه كبديل للطوب والجدران الساترة ومواد البناء الأخرى، ويمكن تكييفه بشكل أفضل مع دمج الطاقة الشمسية في المباني.

بالإضافة إلى وظيفة توليد الطاقة، يتميز نظام البناء الكهروضوئي بالأداء اللازم والوظائف الزخرفية الفريدة لحماية المبنى من الخارج، مثل مقاومة ضغط الرياح، وعزل المياه، وعزل الهواء، وعزل الصوت، والحفاظ على الحرارة، والتظليل. يحقق نظام BIPV مزيجًا مثاليًا من حماية غلاف المبنى، وتوفير الطاقة، والاستفادة من الطاقة الشمسية، وإضفاء لمسة جمالية مميزة. ومن أهم ميزاته:

(1) تلبية متطلبات الجمالية المعمارية

في المباني الكهروضوئية، يمكن إخفاء صناديق التوصيل، وثنائيات التحويل، وخطوط التوصيل، وغيرها في هيكل جدار الستارة من خلال تصميمات خاصة، مما يمنع أشعة الشمس المباشرة وتآكل الأمطار، ولا يؤثر على مظهر المبنى. وينسجم هذا التصميم بشكل مثالي مع المبنى.

(2) تلبية احتياجات الإضاءة للمبنى

المباني الكهروضوئية عبارة عن مكونات زجاجية مزدوجة الجوانب مصنوعة من زجاج مُقسّى فائق البياض، يمكن تعديلها لتحقيق نفاذية ضوء محددة. ويمكنها تلبية متطلبات شفافية الضوء حتى في المناطق السياحية بالمبنى. تجدر الإشارة إلى أنه كلما زادت نفاذية ضوء الوحدة الكهروضوئية، قلّ ترتيب الخلايا، وانخفض توليد الطاقة.

(3) إن توليد الطاقة الكهروضوئية هو مصدر طاقة متجددة خضراء خالية من التلوث، مما يمكن أن يقلل من التلوث البيئي الناجم عن توليد الطاقة التقليدية ويساعد على حماية البيئة؛

(4) الجمع المثالي بين إحاطة واجهة المبنى وتوفير الطاقة وتحويل الطاقة الشمسية دون احتلال موارد الأرض الثمينة والنادرة؛

(5) توليد الطاقة في الموقع واستخدامها في الموقع، مما يقلل من خسائر نقل الطاقة؛

(6) توفير الطاقة خلال فترة الذروة لاستهلاك الكهرباء خلال النهار، وتخفيف الطلب على الكهرباء في أوقات الذروة، وتحقيق الاكتفاء الذاتي من جزء من الكهرباء؛

(7) صيانة بسيطة، وتكلفة صيانة منخفضة، وتشغيل موثوق، واستقرار جيد؛

(8) تتميز الخلايا الشمسية، كمكون رئيسي، بعمر خدمة طويل، حيث يصل عمر الخلايا الشمسية السيليكونية البلورية إلى أكثر من 25 عامًا، ويمكن توسيع قدرة توليد الطاقة وفقًا للاحتياجات.

(9) عند دمجه مع مواد التسقيف الأخرى، يكون له تأثير العزل الحراري، ويقلل من حمل تكييف الهواء، ويوفر استهلاك الطاقة؛

(10) يمكن استخدامه كمواد هيكلية لصيانة المباني، مما يقلل التكلفة الإجمالية للبناء ويوفر تكاليف التركيب، دون الحاجة إلى مساحة إضافية أو بناء مرافق أخرى. وهو مناسب للاستخدام في المناطق المكتظة بالسكان، حيث أن تكلفة الأراضي باهظة الثمن، وهو أمر بالغ الأهمية للهندسة المعمارية الحضرية.

الأشكال الرئيسية لـ BIPV

(1) تشير أنظمة الواجهات أو الأسقف، والأسقف الكهروضوئية، وهياكل الجدران إلى إضافة نظام مستقل لتوليد الطاقة الكهروضوئية بعد اكتمال بناء المبنى. لا يتطلب هذا النوع من الأنظمة متطلبات خاصة لعملية الألواح، ويمكن استخدام وحدات الطاقة الكهروضوئية العادية. ومع ذلك، يجب مراعاة ضغط الرياح، والارتفاع الذي تقع فيه أحمال الزلازل والرياح، وأداء العزل، واختيار زاوية واتجاه التركيب المناسبين وفقًا للظروف الجوية المحلية. في تكامل المباني الكهروضوئية، يُمثل توليد الطاقة الشمسية من الأسقف نسبة 3/4، ويرجع ذلك أساسًا إلى مساحة السقف الأكبر التي تستقبل الضوء، مما يسمح له باستقبال المزيد من الإشعاع الشمسي عند تركيبه عليه.

تنقسم أنظمة الطاقة الكهروضوئية المتكاملة للواجهات إلى جدران ستائرية شفافة وجدران ستائرية معتمة. تستخدم الجدران الستائرية المعتمة في الغالب مكونات سيليكون أحادي البلورة معتم ومكونات سيليكون متعدد البلورات، تتميز بكفاءة عالية في توليد الطاقة. أما بالنسبة للجدران الستائرية التي تحتاج إلى إضاءة، فتُستخدم الخلايا الكهروضوئية المعتمة، بينما تُستخدم خلايا الأغشية الرقيقة من السيليكون غير المتبلور في الغالب. وتتميز هذه الأنظمة بنفاذية عالية للضوء، وسعر منخفض، وسهولة في الإنتاج، وإمكانية تخصيص ألوانها. أما عيبها فهو انخفاض معدل استخدام الطاقة الضوئية. ومع ذلك، يمكن أيضًا تحقيق متطلبات نفاذية الضوء عن طريق تعديل الفجوات بين الخلايا الكهروضوئية أو تقليل ترتيبها.

(3) أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الظلية. تُستخدم بشكل رئيسي في الأجنحة ومواقف السيارات وغيرها من المباني. تُستخدم الألواح الكهروضوئية كمكونات للمظلات. بالإضافة إلى استغلال مساحة السقف الفارغة لتوليد الكهرباء، فإنها تحجب أيضًا الأشعة فوق البنفسجية، مما يُسهم في إبطاء شيخوخة المركبات وخفض درجة الحرارة داخلها. كما أنها تُسهم في توفير مواد المظلات، وتُضفي مظهرًا معماريًا أنيقًا.