SOLCELLER I UNDERVISNINGEN

Transkript

1 SOLCELLER I UNDERVISNINGEN arkitekt- og designskoler Foto: Simone Giostra - Arup I

2 Indholdsfortegnelse SOLCELLER I UNDERVISNINGEN I introduktion EFP-PROJEKTET I projektt forløb SOLCELLER I UNDERVISNINGEN I projektsts resultater APPLIKATION I facade INTEGRATION I facade APPLIKATION OG INTEGRATION I tage INTEGRERET I GLAS I ovedækninger INTEGRERET I GLAS I tag INTEGRERET I GLAS I facader SOLAFSKÆRMNING I fast monteret SOLAFSKÆRMNING I regulerbar ENERGIKLASSER I ydelsei bydele SOLCELLER I interaktive facader SOLCELLETYPER I introduktion SOLCELLETYPER I mono- og polykrystallinske SOLCELLETYPER I tyndfilm SOLCELLETYPER I polymer og Grätzel SOLCELLER I byggekomponenter SOLCELLER I mønstre, rammer, farver ENERGIKLASSER I energiramme ENERGIKLASSER I ydelse KILDELISTE I foto og information SOLCELLER I UNDERVISNINGEN Publikationen repræsenterer et delresultat af projektet Solceller i undervisningen, støttet af Energistyrelsens Energiforskningsprogram (EFP). Download Publikationen kan downloades til brug i undervisningen. Brug i anden sammenhæng, herunder anvendelse af billeder, kræver særskilte tilladelser aht. ophavsret. PROJEKTDELTAGERE EnergiMidt I Kenn H. B. Frederiksen (projektleder) Ingeniørhøjskolen i Århus I Hanne Lehrskov Den jydske Haandværkerskole I Ole Bønlykke Organisationen for Vedvarende Energi I Ejvin Beuse PA Energy I Peter Ahm Skolernes EnergiForum I Janus Hendrichsen Solar City Copenhagen I Karin Kappel Tekniske Universitet I Maj-Britt Quitzau 2 Publikationen er udarbejdet af Solar City Copenhagen 2009

3 SOLCELLER I UNDERVISNINGEN I introduktion INTRODUKTION Solceller i undervisningen er udarbejdet under Energistyrelsens Energiforskningsprogram (EFP), og hensigten med projektet er at styrke kendskabet til solenergi til el-produktion på alle undervisningsniveauer, fra grundskolen til højere læreanstalter. Overordnet er intentionen at bidrage til en øget anvendelse af solenergi i energiforsyningen og dermed medvirke til opfyldelse af de danske klima- og energipolitiske målsætninger. Målet med projektet er således at skabe relevante undervisningsmaterialer, der kan medvirke til at styrke kendskabet til solceller og på længere sigt kvalificere rådgivere, projekterende og udførende i byggeriet til at bruge solceller i forbindelse med både nybyggeri og renovering. Hensigten med nærværende publikation er at komme behovet for viden om solceller i møde og vise gennem en række eksempler, hvor og hvordan solceller kan integreres i arkitekturen. Derudover gennemgår den de forskellige typer solceller, som findes på markedet, og sammenligner deres æstetiske karakteristika, egenskaber og ydelse. Endelig gennemgås brugen af solenergi i energirammen. SOLCELLER I UNDERVISNINGEN I EFP-projektet er der indledningsvis gennemført en kortlægning af eksisterende undervisningsmateriale og undervisningsprogrammer om solceller på alle uddannelsesniveauer og det er planen, at der ud fra resultatet af kortlægningen udarbejdes forslag til supplerende undervisningstilbud og undervisnigsforløb. Kortlægningen på de fire uddannelsesinstitutioner under Kulturministeriet, nemlig Kunstakademiets Arkitektskole, Arkitektskolen i Århus, Danmarks Designskole og Designskolen Kolding, har dokumenteret at solceller er et emne, som man har til hensigt at arbejde mere med i undervisningen fremover, men at planerne endnu ikke er konkrete. På arkitektskolerne indgår solceller i undervisningen, i form af en obligatorisk forelæsning for de nye studerende, og som del af temaforløb med forelæsning og øvelser i emner som energi og bæredygtighed på 3-4. år. Herudover afholdes 3 ugers workshops om lys, solceller og arkitektur, dette sker mere ad hoc, og langt fra hvert år. Inddragelsen af solceller i undervisningen synes dog at bero på den enkelte undervisers interesse for området, og især Arkitektskole i Århus er aktiv. Skolen har blandt andet udarbejdet et kompendium om arkitektoniske potentialer i transparente tyndfilmsceller, samt oprettet en materialesamling med forskellige solcelletyper. På Kunstakademiets Arkitektskole regner man med at integrere solceller i alle aspekter af afdelingens virke, men kender endnu ikke formen på undervisningen. På Danmarks Designskole i København indgår solceller i ganske få, enkeltstående kurser som information om hvad solceller kan bruges til indenfor design. På Designskolen i Kolding har man endnu ikke haft forløb med undervisning i emnet solceller, men der er intentioner om at implementere emnet i en kommende workshop. Der er registreret 11 materialer eller forløb der relaterer sig til emnet, og et undervisningsmateriale fra AAA. Følgende undervisningssteder har været kontaktet: Kunstakademiets Arkitektskole: Institut for Teknologi Afdeling for Arkitektur, Vilkår og Vision Arkitektskolen i Århus: Institut for Arkitektonisk Design Danmarks Designskole: Institut for Industriel Design Designskolen Kolding: Tekstilkonsortiet Institut for Industrielt design og Interaktive medier. PROJEKTETS RESULTATER 1. Publikation til download. Udarbejdet som faktaark, der kan fungere uafhængigt af hinanden, og løbende kan udbygges. 2. Materialesamling fysisk og digital Materialesamlingen har vist sig at være en vanskelig opgave, idet producenterne ikke udlevere produktprøver.som et alternativ forsøges p.t. at indhente produkter på papir, dvs. fotos med specifikationer. 3. Temadag for de studerende Temadagen er arrangeret i forbindelse med prisopgaven Sustainable Living for bachelor- og kandidatstuderende ved Kunstakademiets Arkitektskole. 3

4 EFP-PROJEKTET I projektforløb PROJEKTETS FORLØB Som led i EFP-projektet har Solar City Copenhagen afholdt møder med de to arkitektskoler med henblik på at afdække skolernes forslag til, hvordan solenergi kan forankres på arkitektskolerne og indpasses i undervisningen. Resultatet blev en aftale om tre fælles ting for arkitektskolerne i regi af dette projekt: afholdelse af temadag, udarbejdelse af undervisningsmateriale og etablering af materialesamling. Der var fra skolernes side følgende ønske til indholdet: 1. Undervisningsmateriale - publikation til download - hvad er solceller - hvad kan de bruges til, hvad kan man opnå - overvejelser om design og indpasning - eksempler på undervisningsforløb - henvisning til hjemmesider om solenergi - hvordan kommer man som studerende videre 2. Materialesamling for alle typer af solceller Samlingen skal etableres (KA) og udbygges (AAA) KA: A4 format (plastes). Information om produktion pr. m2 under optimale forhold skal fremgå. AAA: 15X15 fliser. Undervisningsmateriale skal linke til den digitale materialesamling. Kunstakademiets Arkitektskole, København I rytterlysets mod syd er integreret sorte monokrystallinske solceller på 100 x 100 mm. Solcellerne har en indbyrdes afstand på 14 mm, og fungerer som solafskærmning, ud over at forsyne kantinen med energi fungerer solcellerne som solafskærmning. I rytterlysets gavle er installeret en solcelledrevet ventilationsløsning i form af fire jævnstrømsventilatorer til hhv. luftindtag og luftafkast. Ventilatorerne supplerer den almindelige bygningsventilation og yder hver især m 3 luft i timen. 3. Temadag om solceller for de studerende - de tekniske muligheder og produkter - integration i arkitekturen og gode eksempler - energiplanlægning, energiramme - statslige tilskudsordninger - evt. debat om hvordan solenergi kan inddrages i undervisningen Temadagen arrangeres for bachelor- og kandidatstuderende ved Kunstakademiets Arkitektskole i forbindelse med prisopgaven Sustainable Living: I forbindelse med forårets prisopgave på Kunstakademiet Arkitektskole er der afholdt en lang række forelæsninger og workshops med formålet at introducere de studerende til mange forskellige aspekter af bæredygtighedsproblematikken. De studerende er blevet opfordret til at komme med bud på fremtidige bæredygtige løsninger indenfor alle skalaer - fra det globale til det nære. Prisopgavens sigte har været at åbne for en diskussion af fremtidens by- og landskabsplanlægning, bygningsudformning, byggeprocesser og design i et bæredygtigt perspektiv. Kilde: www. sustainableliving.dk 4

5 SOLCELLER I UNDERVISNINGEN I resultater UNDERVISNINGSMATERIALER TIL DOWNLOAD Der er udarbejdet dette materiale, udformet som faktaark der fungerer uafhængigt af hinanden, og som kan udbygges senere såfremt det ønskes. MATERIALESAMLING FYSISK OG DIGITAL Materialesamlingen har vist sig at være en vanskelig opgave, idet producenterne ikke udleverer produktprøver, og slet ikke i bestemte formater eller mål. Som et alternativ forsøges p.t. at indhente produkter i form af fotos med oplysning om specifikationer på de enkelte solcelletyper. TEMADAG FOR DE STUDERENDE Som udgangspunkt blev der lavet udkast til et heldagsprogram, men da skolen ønskede, at temaarrangementet skulle indgå som en del af forelæsningsrækken om materialer i Sustainable Living, blev der udarbejdet et alternativt, kortere program, der tidsmæssigt matchede de øvrige forelæsninger. Temadagen gentages muligvis senere på Arkitektskolen i Århus. Program: SOLCELLER i arkitekturen - eksempler, visioner, muligheder og teknik 14:00 Anvendelse af solceller i arkitekturen belyst gennem eksempler Karin Kappel, arkitekt, Solar City Copenhagen 14:25 SOL-SLØR - visioner til morgendagens solceller Artur Slupinski, arkitekt, ph.d. 14:50 Planlægning af byområder med udnyttelse af solenergi. Case: Sønderborg / Frank Gehry Signe Antworskov Krag, Esbensen Rådg. Ingeniører 15:15 Teknologi typer, systemer, indpasning Werner Paugan, bygningskonstruktør, Schüco 15: 40-16:00 Eventuelle spørgsmål fra salen tag gerne jeres projekter med, hvis der er konkrete spørgsmål. Alternativt program (heldags): SOLCELLER i arkitekturen - integrering, materialer og produkter 9:30 Introduktion til projektet Solceller i undervisningen Karin Kappel, Solar City Copenhagen 9:45 Integration af solceller i arkitekturen 2-3 tegnestuer giver eksempler på hvordan de arbejder med solceller, med forskellige indfaldsvinkler: skala, materialer, indpasning, udvikling, detaljer 10:45 Pause 11:10 Siliciumsolceller, produkter og priser Eksempler på integrerede anlæg. Signe Antvorskov Krag, GAIA Living 11:35 Tyndfilmsolceller, teknologier, og i glas heldækkende og semitransparent Hanne Lauritzen, Teknologisk Institut frokost 13:00 Fremtidens solceller Udviklingen & forskningsprojekter Peter Sommer-Larsen, Risø DTU 13:25 BYG-SOL Beregningsværktøj for solenergi i byggeriet Hvordan anvendes det ved energirammebregning Ole Balslev, Cenergia 13:50-15:00 Produktmesse Den sidste time afsættes til 4-6 solcelle- og glasproducenter, hver får 10 min. til at fremvise og fortælle om deres produkter. Der afsættes tid til spørgsmål fra de studerende, i relation til aktuelle deres opgaver. 5

6 APPLIKATION I facade APPLIKATION Der er to principper for arkitektonisk indpasning af et solcelleanlæg i enten en eksisterende bygning eller i nybyggeri, nemlig applikation eller integrering. Applikation betyder, at man monterer solcelleanlægget, friholdt af bygningen i en vis afstand ved hjælp af metalrammer. Metoden er velegnet at benytte i forbindelse med etablering af solcelleanlæg på eksisterende bygninger, hvor samspillet mellem geometri og materialer nøje bør overvejes og afstemmes husets øvrige fremtoning og komposition, ikke mindst i forhold til vinduer i facaden. KØBENHAVN ZOO Facadeapplikeret solcelleanlæg på indgangsbygning til Københavns Zoo. Anlægget er udført med mørke monokrystallinske solceller i et svævende system, hvor montageprofilerne ikke er synlige. Solcellepanelerne er designet så panelfeltet følger mønstret i Zoo s eksisterende facade. Et display viser anlæggets løbende elproduktion samt den akkumulerede effekt. Arkitekter: Entasis (1997) HESTESTALDSKARREEN, KØBENHAVN Gasværksvej 16 er en gammel industribygning, hvor der i forbindelse med en renovering blev etableret tre solcelleanlæg, bestående af polykrystallinske solceller. Solcelleanlæggene er vartegn for karreens bæredygtige engagement, og tilsvarende placeret med fokus på optimal synlighed. Arkitekt: Peter Holst Arkitektur & Landskab (1999) 6

7 INTEGRATION I facade INTEGRATION Hensigten med bygningsintegrering er, som navnet antyder, at skabe en helhed mellem bygning og solcelleanlæg. Integrering af solcelleanlæg er en mulighed ved især nybyggeri eller ved større renoveringer, som f. eks. tagudskiftning. Metoden kan enten bruges til at opbygge en hel tagflade af solcellemoduler, og dermed erstatte de materialer som ellers skulle have været brugt, eller til at indpasse bygningskomponenter med solceller i en tagflade eller facade. Til integrerede solcelleanlæg er det oplagt at bruge solceller, der er indbygget i selve byggematerialet. Solceller kan limes elle lamineres på byggematerialet, som derved fungerer som bærende underlag for cellerne. Alternativt kan solcelleanlægget udformes som en færdig komponent, der passer til tagets eller facadens øvrige konstruktion. COPENHAGEN TOWERS, KØBENHAVN Nordens største integrerede solcelleanlæg er etables på hotel- og erhvervsbyggeriet Copenhagen Towers i Ørestad. Anlægget består af ca specialtilpassede solcellepaneler, som matcher den øvrige facade. Facadens solceller udgør m 2, og hertil kommer 500 m 2 på tag. Det bygningsintegrerede solcelleanlæg vil årligt spare kwh, hvilket svarer til 35 husstandes elforbrug. Solcellerne vil dermed bidrage væsentligt til nedbringelsen af hotellets CO 2 -bidrag. Arkitekter: Dissing+Weitling, hotel (2009) og Foster+Partners, kontorer 7

8 APPLIKATION OG INTEGRATION I tag SOLCELLER PÅ TAGE Facadens komposition og udtryk er primært retningsgivende for valget af et solcellelanlægs placering, type og detaljering, men derudover kan det placeres forholdsvis frit på facaden og eventuelt opdeles i flere mindre anlæg, hvis facadens komposition taler for det. Panelerne kan enten applikeres som selvstændige elementer uden på facaden, monteret i synlige eller usynlige profiler, eller kan bygningsintegreres, ligesom det også er en mulighed at indbygge solcellepanelerne i en egentlig dobbeltfacade udenpå en i forvejen komplet facade. Bygningsintegrerede anlæg foretrækkes normalt frem for applikerede anlæg i forbindelse med nybyggeri, fordi anlæggene kan projekteres i overensstemmelse med arkitektur, konstruktion og byggeteknisk detaljering. BOLIG FOR LIVET (tv. øverst) Solceller er integreret øverst i taget. Valg af skiferbeklædning på facade og tag afspejler ønsket om at integrere solceller, solfangere og vinduer i et helhedsbillede. Arkitekt: Aart, 2008 ENERGY FLEXHOUSE ( tv. nederst) Solceller applikeret på tag med tagpap. EnergyFlexHouse er opført af Teknologisk Institut, og skal danne ramme om innovation og udvikling inden for energieffektivt byggeri. Arkitekt: Henning Larsen, 2009 BØRNEHAVEN BRYGGEN, AMAGER På institutionens flade tag er placeret et 18 kwp solcelleanlæg. Solcellerne er monteret ovenpå et fladtagssystem af indfæstningsplader med et montagesystem, der rejser solcellepanelerne i en vinkel på 15 grader over taget. 8

9 INTEGRERET I GLAS I overdækninger INTEGRERET I GLAS Solcelleanlæg kan integreres i større glaspartier i glastage, facader og ovenlys, og dermed bidrage til en visuel variation i glaspartiet, samtidig med at det fungerer som solafskærmning. Ved at variere afstanden mellem de enkelte solceller, opstår mønstre og forskellige grader af transparens eller translucens i glaspartiet. GEMEINDEZENTRUM LUDESH, ØSTRIG I den østrigske by Ludesch har arkitekten Hermann Kaufmann tegnet et bycentrum bestående af tre træbygninger omkring en rektangulær plads, der er overdækket af en glasbaldakin. I overdækningens shedtag er der som solafskærmning integreret 120 moduler med semitransparente solceller, placeret med ensartet indbyrdes afstand. I alt er der 350 m 2 solceller som årligt producerer kwh. Arkitekt: Hermann Kaufmann, 2005 STILLWELL AVENUE TERMINAL, NEW YORK, USA Coney Island s Stillwell Avenue Terminal er New Yorks største subwaystation over jorden. I 2004 fik den 90 år gamle konstruktion en ny m 2 stor buet stål- og glasoverdækning, hvori der er integreret moduler af tyndfilm, lamineret i trelagsglas. Tyndfilmmodulerne er placeret med indbyrdes afstand, således at der opstår et semitransparent mønster. Den samlede årlige stømproduktion er 250 kwh. Arkitekt: Kiss + Cathcart, 2004 MONT-CENIS CENTERET, HERNE, TYSKLAND Ideen med Mont-Cenis centeret er at skabe et byggeri, der energiøkonomisk hviler i sig selv og det er derfor opbygget som en klimaskærm af glas, der omslutter en række fritliggende bygninger. Hallen består af i alt m 2 enkeltlagsglas monteret i aluminiumsrammer. Af disse er godt m 2 forsynet med monokrystallinske og polykrystallinske solceller, integreret i henholdsvis taget og facaden mod sydvest. De enkelte solceller er placeret i paneler med vekslende tæthed, fra 98 til 240 celler pr. panel, med de tætteste paneler i midten og de mest åbne langs bygningens kanter, hvilket skaber en varieret solafskærmning og et konstant foranderligt spil mellem lys og skygge. Den samlede installerede effekt er 1 MWP, hvilket genererer op til kwh pr. år. Arkitekter: Jourda + Perraudin,

10 INTEGRERET I GLAS I ovenlys LÆRKELÆNGEN, ALBERTSLUND Institutionens to keglestubformede fællesrum har solceller integreret i de ovale ovenlys. Solcellerne virker som skyggegivere, og afføder et varierede skyggespil på de dobbeltkrumme vægge. For samtidig at undgå skyggeflimmer er solcellerne placeret i termoruderne i et mønster, der kaster en ensartet skygge. Solcellerne producerer årligt 1655 kwh. Arkitekt: Box 25 Arkitekter

11 INTEGRERET I GLAS I facade DEN NORSKE OPERA, OSLO Operabygningen har solceller integreret i glaspaneler på bygningens sydfacade. Panelerne måler 1,8 x 3,4 meter og facaden er 450 m 2, hvoraf i alt 300 m 2 består af monokrystallinske solceller, som tilsammen producerer kwh. Solcellerne fungerer samtidig som solafskærmning. Arkitekter: Snøhetta, Oslo

12 SOLAFSKÆRMNING I fast monteret SOLAFSKÆRMNING Solceller kan også integreres i udvendige systemer til solafskærmning, der er holdt fri af selve bygningen. Ligesom i glastage og større glaspartier i facaden er det muligt at variere tætheden af de enkelte solceller og dermed opnå skyggespil der skifter med dagens gang og årstidernes skiften. Afskærmningen i form af lameller eller baldakiner med solcelller vinkles i forhold til solens indstråling, så blænding og overophedning af rummene undgås. KØBENHAVNS ENERGI, KØBENHAVN Solcelleanlægget er placeret på lameller i en vinkel på 20 foran kontorbygningens glasfacade. Anlægget består af 3600 solcellelameller, hvoraf de 2000 er forsynet med aktive polykrystallinske solceller. Anlægget er vestvendt og har slagskygger på dele af solafskærmningen en stor del af dagen, hvorfor 40 % er udført med silketryk, dvs. som dummy er, for at at give et ensartet facadeudtryk. Solcellerne er 10 x 10 centimeter og lamineret på oversiden af glaslameller. Hver solcellelamel er tilsluttet en koblingsboks, som er integreret og dermed skjult i stålbeslagene. Arkitekt: Schmidt, Hammer & Lassen (2004) Ingeniør: Københavns Energi 12

13 SOLAFSKÆRMNING I regulerbar SKODDER Solcelleskodderne har flere funktioner, da de udover at producere el, også er skyggegivende og påvirker daglysindfaldet i boligen. Solcellerne er tyndfilm, som er monteret på glasset i skodderne. Arkitekt: Jyske Arkitekter Ingeniør: Energimidt A/S ALSION, SØNDERBORG Syddansk Universitetsbygning er forsynet med en intelligent facade mod syd, hvor solafskærmingslamellerne med solceller løbende optimerer på tre faktorer: solindfald på solceller, solafskærmning, og udnyttelse af dagslys. Såfremt brugeren er på sit kontor, registreres dette såvel dagslyset udenfor via sensorer, og ud fra disse data indstiller automatikken lamellerne optimalt i forhold til personens behov for solafskærmning og dagslys. Hvis brugeren ikke er på sit kontor prioriteres opsamlingen af solenergi, idet automatikken retter solafskærmningslamellernes stilling efter solen. Kontorerne er indrettet med lavenergikomponenter, og idéen er at kontorerne har så lavt et forbrug af el, at det alene kan dækkes af de foranliggende solceller. Solafskærmningslamellerne har et areal på 60 m 2. Panelerne er opbygget i 12 mm glas med silketryk på bagsiden for at skjule tapstrengene. Arkitekt: 3XNielsen (2007) Ingeniør: Esbensen Rådg. Ingeniører 13

14 SOLCELLER I bydele Carlsberg ny bydel: tårnhuse med tyndfilmsolceller i facaden, og tage med silicium solceller CARLSBERG VORES BY Det gennemgående princip for den kommende bydel er, at energiforbrug og energiproduktion søges kombineret i videst mulige omfang, så bygningernes kombination af butikker, erhverv og bolig udnytter overskud og underskud af el- og varme direkte. Produktionen af nødvendig energitilførsel herudover baseres hovedsagligt på bygningsintegrerede løsninger for solceller, solvarme og vindenergi. Bydelen kommer til at rumme m 2 etageareal i en tæt bystruktur, og der arbejdes med ni tårnhuse med tyndfilmsfacader (se skitse side 21) og solceller på alle øvrige tage. SOLCELLER PÅ TAGENE I LOS ANGELES Inden 2020 skal 10 % af den californiske by Los Angeles energiforbrug være dækket af solceller placeret på blandt andet byens tage. En del af strømmen vil stamme fra egentlige solcelleparker, men det meste af strømkapaciteten vil blive leveret af solcellerpaneler på private og offentlige bygninger. Når planen er i fuld effekt, vil Los Angeles have megawatt større kapacitet end i hele USA i dag. SOLCELLEANLÆG I KINA Kineserne at opføre et solcelleanlæg med en effekt på 1 GW, baseret på tyndfilms silicium solceller. Anlægget skal placeres i det såkaldte Qaidam Basin, i det nordvestlige Kina. Området består af ørken og er udlagt som økonomisk zone for projekter baseret på vedvarende energi. I Rizhao, en by på 3 millioner indbyggere i det nordlige Kina, bliver solenergi brugt til at forsyne byen med energi, varme og lys. Således bruger 99 % af Rizhaos husstande solenergi til vandopvarmning, mens næsten alle trafiklys, gade- og parkbelysning er drevet af solceller. I byens forstæder og landsbyer bruger mere end 30 % af husstandene solenergi til vandopvarmning, og husstande bruger solenergi til madlavning. Endelig er mere end drivhuse er opvarmet af solceller. 14

15 SOLCELLER I interaktive facader P06 GREENPIX - ZERO ENERGY MEDIA WALL I forbindelse med Olympiaden i 2008 i Beijing, tegnede arkitekten Simone Giostra i 2008 et forlystelseskompleks, hvis facade er udformet som en medievæg, der ved hjælp af LED viser digitale installationer. Energien kommer fra polykrystallinske solceller lamineret i en curtainwall konstruktion af glas, som er udviklet af Schüco i samarbejde med Arup og SunTech. Solcellerne er placeret med varierende tæthed i glasfacaden, hvilket giver mulighed for at lade dagslyset komme ind i bygningen, og skabe solafskærmning, hvor det er nødvendigt. Beijing, Kina, 2008 Arkitekt: Simone Giostra & Partners Architect 15

16 SOLCELLETYPER I introduktion SOLCELLETYPE monokrystallinske polykrystallinske tyndfilm Effektivitet % % 4-10 % Form Kvadratiske Kvadratiske Smalle striber Farve Sort og ensartet Blålig og changerende Sort/mørkebrun Årligt udbytte i DK 140 kwh/m kwh/m 2 50 kwh/m 2 Fald i ydelse ved +1 C ~0,4 % ~0,4 % ~0,2 % Pris pr. m 2 høj mellem/høj lav Fleksible nej nej ja Solcelleanlæg omsætter solens lys til elektricitet ved hjælp af fotoelektrisk effekt hvilet betyder, at der produceres energi uden nogen form for miljøpåvirkning under driften. Solcelleanlæg rummer ingen bevægelige dele og er en meget robust og driftsikker teknologi. Man skelner mellem to typer solcelleanlæg, nemlig anlæg der er tilsluttet elnettet og enkeltstående anlæg, som også kaldes stand-alone -anlæg, hvor elektriciteten bruges direkte eller lagres i batterier. SOLCELLETYPER Der findes en række forskellige solcelletyper, som kan inddeles i disse kategorier: Krystallinske solceller Krystallinske solceller er 1. generation indenfor solcelleteknologien. De har høj virkningsgrad, er robuste, og har dokumenteret lang levetid. Der rigeligt af råmaterialet silicium til rådighed og det indeholder ingen miljøskadelige stoffer, men krystallinske solceller er energikrævende at producere. De er førende på markedet i dag og vil fortsat være det nogle år fremover. Tyndfilm solceller Tyndfilmsolceller er 2. generation. De har lavere virkningsgrad end krystallinske solceller og kortere dokumenteret levetid, men der er mulighed for at forbedre ydelsen. På lang sigt kan der opstå råmaterialebegrænsninger, og enkelte typer indeholder desuden miljøproblematiske stoffer. Tyndfilm er ikke så energikrævende at producere og egner sig til højautomatisk fremstilling. Det forventes at typerne a-si/μc-si, CdTe, CIS vil vinde markedsandele fremover. Polymer og Grätzel Polymer og Grätzel er organiske solceller og udgør 3. generation. De har lav virkningsgrad og levetiden er endnu kort og bliver næppe nogensinde så høj som 1. og 2. generation. Der forskes på området, og det varer fortsat en del år, før de er på markedet, men der er potentiale for at fremstille disse solceller meget billigt og hurtigt gennem brug af billige materialer og simple fremstillingsteknikker. 16

17 SOLCELLETYPER I mono- og polykrystallinske Monokrystallinsk solcelle Lehrter Bahnhof, Berlin: solceller i glastag Polykrystallinske solceller Widex, Allerød: solcellefacade Krystallinske solceller er fremstillet af silicium og kendetegnes ved lang levetid og høj virkningsgrad på pct. for standardsolcelle moduler. De enkelte solceller er ugennemsigtige, men de kan monteres i glas med afstand mellem cellerne, hvorved modulet opnår en transparent virkning. Silicium solceller findes i monokrystallinsk eller polykrystallinsk form. De monokrystallinske solceller skæres i meget tynde skiver af en enkel cylindrisk siliciumkrystal, der derpå tilrettes til firkanter, således at skiverne kan placeres tæt sammen i et solcellemodul. Cellerne placeres mellem to lag glas. Monokrystallinske solceller fremtræder med en ensartet mørk og ikke-transparent overflade og har den højeste effektivitet (mellem 14 og 22 %) af de to typer krystallinske solceller, men er også den dyreste type at fremstille. Polykrystallinske solceller består af sammensmeltede siliciumkrystaller, der støbes i en firkantet form. De er nemmere at producere end de monokrystallinske og er derfor billigere. Effektiviteten er tilsvarende lidt lavere, nemlig ca %. Polykrystallinske solceller fremstræder med en blålig flammet overflade, der er ugennemsigtig, men kan også fremstilles i andre farver end blå ved at påføre antirefleksbehandling i varierende tykkelse. De andre farver er dog ikke så almindelige og behandlingen reducerer også solcellens ydeevne. Begge typer krystallinske solceller har lang holdbarhed og leveres ofte med op til 25 års garanti på ydelsen og med garanti for, at den efter 25 har en ydelse på mindst 90 % i forhold til leveringstidspunktet. 17

18 SOLCELLETYPER I tyndfilm Amorfe tyndfilm på ståltag/metaltag Optic Centre, North Wales: facade med CIS-tyndfilm TYNDFILM På det globale marked er tre typer af TFPV teknologier kommercielt tilgængelige: amorfe silicium, CdTe og CIS. De er baseret på halvledermaterialer som amorft ikkekrystalliseret silicium (a-si), kobber-indium-diselenid (CIS) eller cadmium-tellurid (CdTe), der dampes på enten glas eller metalfolie, eller indkapsles i et fleksibelt og bøjeligt plastmateriale. Tyndfilm har en ensartet og homogen overfladestruktur og produceres i nuancer fra sort til bronze eller som tynde gennemskinnelige film, således at solcellerne fremstår semitransparente eller translucente til brug i for eksempel vinduer og som solafskærmning i glaspartier. I forhold til de krystallinske solceller er tyndfilm billigere at producere og det kræver heller ikke så meget energi at fremstille dem, men de har også en lavere ydelse, på 4-8 %. Desuden har de ringere holdbarhed, og mister i løbet af få år en del af deres effekt. Til gengæld fungerer tyndfilm også ved diffust lys, ved lav solhøjde, og er mindre skyggefølsomme. Solcellernes effekt er typisk W/m 2. Schott Solar Domicil, Barcelona, Spanien Produktnavn: GeneCIS tyndfilmsolceller, ASI THRU Color Type: Semitransparent tyndfilm af halvledermateriale baseret på silikone lamineret i 2-lags glas. Farvet glas bag solcellemodulerne. Effektivitet: 50 Wp pr. modul Dimensioner: 600 x 1000 mm Tykkelse: 10 mm, inkl. glas Holdbarhed: 20 år 18

19 SOLCELLETYPER I tyndfilm Facadeskitse med semitranparante tyndfilm i varierende mønstre Semitransparent tyndfilm Visualisering af kommende støjskærm med tyndfilm solceller på Tagensvej, København. Svendborg Arkitekter, 2009 TYNDFILM I BYGNINGSFACADER I forskningsprojektet Thifitech arbejdes med et tredimentionelt facadeprincip for at optimere den energiproducerende overflade og samtidig skabe et dynamisk udtryk. Facadesystemet opbygges af aluminiumrammer med enkeltlagsglas yderst, og en termorude som den inderste plane glasflade. I mellemrummet placeres solafskærmning i form af et rullegardin. Solcellerne (tyndfilm) placeres i den øverst vinklede rude, således at de altid vender sig mod solen i en vinkel på 114 (66) grader, for på den måde at optimere udnyttelsen af solenergien samtidig med at tyndfilmen virker solafskærmende for de bagvedliggende funktioner. Projektets formål er at dokumentere og demonstrere tyndfilmteknologiens økonomiske, funktionelle og æstetiske potentiale under nordeuropæiske forhold. En del af forskningsprojektet omfatter desuden et komfortstudie, der skal analysere forhold som udsyn, distrahering, overophedning, og oplevelse af at arbejde bag facden. Projektdeltagere: Entasis arkitekter, Teknologisk Institut og Energimidt (2008) 19

20 SOLCELLETYPER I polymere og Grätzel Grätzel-celler, også kaldet PEC-solceller, er fotoelektrokemiske solceller, der består af nanopartikler af halvledermaterialet titaniumdioxid, som er dækket af et farvestof, der fanger sollyset. Cellerne er forseglet mellem to lag glas, belagt med elektroder. PEC-solcellerne produceres i rødlige nuancer, men kan også udvikles med grågrønne nuancer, og der er udført forsøg med forskellige farvestyrker og luminanser. Cellen kan desuden produceres i vilkårlig størrelse og med en række forskellige visuelle effekter. PEC-celler tolerante overfor skygger og øger ydelsen ved højere temperaturer, i modsætning til de krystallinske celler, men effekten er generelt lavere end i krystallinske siliciumsolceller, typisk 5-7 %. Produktionsomkostningerne er dog også tilsvarende lavere. PEC-cellerne er endnu under fortsat udvikling og laboratorietests viser, at den første generation af cellerne har en levetid på ca. 10 år, men det er ikke eftervist i praksis. Levetiden begrænses af en flydende elektrolyt, som med tiden trænger ud gennem forseglingen. En ny generation af solceller med fast elektrolyt og længere levetid er under udvikling. Polymere solceller eller plastsolceller er under udvikling og ikke tilgængelige på markedet endnu. I Danmark foregår udviklingen blandt andet på Forskningscenter Risø, hvor man arbejder med at udvikle en polymer solcelle, der blandt andet kan males på store flader som hustage. Den største teknologiske udfordring er holdbarheden, der nu er oppe på ca. et år. Effektiviteten i plastsolceller er et andet problem, idet den kun udgør 2,5 %, men det skal holdes op i mod en meget lav kvadratmeterpris, set i forhold til siliciumbaserede celler. Plastsolceller baseret på halvledende polymermateriale Effektivitet: 2-6 % Holdbarhed: Ca timer Dimensioner: Printes ud på ruller af vekslende bredde og i princippet uendelig længde Tykkelse: < 1mm Kilde: Grätzel-solceller 20

21 SOLCELLER I byggekomponter HYLDESPJÆLDET, ALBERTSLUND I forbindelse med energirenovering af 350 betonbygninger i boligområdet Hyldespjældet i Albertslund skal afprøves et nyudviklet bygningskomponent til montering på taget, en såkaldt solprisme, der kan forbedre energieffektiviteten i husene så meget, at de fremover bliver selvforsynende med varme og strøm. Solprismet består af tre elementer, nemlig ovenlysvinduer, solfangere og solcellepaneler. Projektets beregninger viser, at 2 m 2 solfanger er nok til at dække to personers daglige forbrug af varmt vand, mens 10,5 m 2 solceller yder 1,67 kw, hvilket er nok til at dække det daglige elforbrug for to personer. Det nyudviklede prisme indeholder både en jordbaseret varmepumpeløsning fra Danfoss og et ventilationsapparat fra EcoVent med varmegenvinding, der skifter luft en halv gang i timen. Arkitekt: Rubow,

22 SOLCELLER I mønstre, rammer, farver Solcellepaneler er normalt opbygget med en frontbeklædning af enten hærdet glas eller vejrbestandig tedlar. Bagbeklædningen består af enten glas, aluminium eller tedlar i enten en klar udgave eller i forskellige farver. Solcellepaneler findes med rammer, ofte udført som aluminium. En lys ramme danner en tydelig modulinddeling, når panelerne sættes sammen, mens mørke i højere grad bidrager til at skabe en homogen flade. Rammeløse solcellepaneler egner sig især til at bruge til bygningsintegrerede anlæg, men kan også bruges i applikerede anlæg, hvis ambitionen er at skabe et spinkelt og raffineret udtryk. Der findes en række forskellige typer transparente solceller. Nogle er egentlige tyndfilm med varierende grader af transparens, som især bruges til solafskærmning, andre er i princippet ugennemsigtige celler, som placeres med større eller mindre indbyrdes afstand for at skabe transparens. Sidstnævnte kan for eksempel bruges til vinduer i badeværelser, som derved samtidig sikre dagslys og skærmer for indblik. Endeligt er det muligt at perforere cellerne med mikroskopiske huller, således at de fremstår mere eller mindre transparente. Som nævnt kan man skabe transparens ved at variere afstanden mellem de enkelte solceller. Samtidig opstår mønstre, der påvirker både materialiteten, det arkitektoniske udtryk og den rumlige atmosfære. Det er også muligt at arbejde med retning og udformning af de elektriske ledere i overfladen, således at de for eksempel danner mønstre med tredimensionel virkning. Alternativt kan de elektriske ledere placeres på bagsiden af solcellen, sådan at siliciumstrukturen ikke brydes af metalstriber, men fremstår som en homogen flade. Også tyndfilm, hvor cellerne består af smalle bånd, der spænder ud i hele modulets bredde, kan varieres i mønstre med forskellig indbyrdes afstand mellem cellerne. Desuden er det muligt at trykke vandfaste keramiske farver, der danner mønstre og motiver på tyndfilm, til brug for skilte og informationstavler. Rammeløse moduler med solceller i striber blev udviklet til Danmarks Radio, da man ønskede en særlig skyggedannelse set indefra. Tranformatorstation ved Voralberger Kraftwerk, Bregenz 1998 I facaden af plexiglas er der installeret polykrystallinske solceller Architekturbüro Untertrifaller Jr. 22

23 SOLCELLER I mønstre, rammer, farver Skygger er også en del af mønsteret, her på skole i St. Augustin, Tyskland, hvor ovenlysets solceller tapetserer væggen. PAUL HORN ARENA, TÜBINGEN, TYSKLAND Den multifunktionelle sportsarena i Tübingen, er et eksempel på at polykrystallinske solceller fås i andre farver end de traditionelle blå nuancer. Hallens sydvestlige facade er 520 m 2 og er opbygget af facadeintegrerede og ventilerede solcellepaneler med mere end jadegrønne polykrystallinske solceller. Den samlede effekt er 43,7 kw, der årligt producerer kwh. Facadepanelerne er specielt udviklet og fremstillet til dette projekt. Arkitekter: Allmann Sattler Wappner, 2004 Forskellige farver bag de transparante solceller er med til give et varieret facadeudtryk. Arkitekt: Domus 2002, og Esbensen Rådgivende Ingeniører. 23

24 ENERGIREGLER I energiramme ENERGIREGLER Danmark indførte i 2006 nye energiregler for nybyggeri og renovering på baggrund af et EU-direktiv. Reglerne opererer med en energiramme, der i boliger omfatter det samlede behov for tilført energi til opvarmning, ventilation, køling, drifts-el og varmt brugsvand. I andet byggeri end boliger indgår også el til belysning i energirammen. Reglerne stiller præcise krav til energiforbruget pr. m 2 og omfatter ikke alene bygningernes varmetab, men også effektiviteten af varmeanlæggene, energiforbruget til varmt brugsvand og drifts-el. Det beregnede energiforbrug til køling ved stort solindfald i sommerhalvåret medtages således også i energirammen, og derved udfordrer de nye energiregler den herskende trend med store glasarealer i bolig- og kontorbyggeri, da de ofte medfører store varmetab i vinterhalvåret og behov for køling i sommerhalvåret. Reglerne åbner for, at energirammen kan opfyldes på forskellige måder. Selvom der er mindstekrav til u-værdier for forskellige bygningsdele, giver reglerne også mulighed for at kombinere de forskellige elementer frit, blot energirammen overholdes. For eksempel kan ønsket om et stort vinduesareal sikres ved at klimaskærmen isoleres yderligere, eller ved hjælp af solenergi i form af solvarmeanlæg eller solcellemoduler. ENERGIRAMMEBEREGNING De nye energiregler har gjort myndighedsgodkendelsen af nybyggeri, ombygning og renovering mere omfattende. Det årlige energiforbrug til opvarmning, ventilation, køling, varmt brugsvand og eventuelt belysning skal overholde en klart defineret energiramme. Energiforbruget skal beregnes efter SBI-anvisning 213, og kan udføres med bl.a. beregningsværktøjet Be06. Som noget nyt omfatter godkendelsen nu en beregning af bygningens bruttoenergibehov, herunder effektiviteten af varmeforsyningen, hvilket giver mange kombinationsmuligheder for at overholde energirammen. Det kan være vanskeligt at finde en optimal sammensætning af energieffektive løsninger med solenergi i de eksisterende beregningsprogrammer. I beregningsprogrammet Be06 udgør den obligatoriske energiberegning i sig selv et stort arbejde, hvilket betyder, at alternative løsninger sjældent bliver overvejet. Det gælder specielt, hvis energibesparelsen skal vejes mod en ekstra investering. Derfor er der udviklet værktøjet BYG-SOL, som kan beregne hvilke energimæssige tiltag, der er mulige i en konkret byggesag, og herunder foretage en energiøkonomisk vurdering af solenergianlæg. NETTOMÅLINGSORDNING Det er tilladt at opsætte op til 6 kwp solcelleanlæg pr. bolig, hvis man benytter nettomålingsordningen. Nettomålingsordningen tillader at elmåleren må køre baglæns, når der er overskud af el i bygningen. Når der igen er behov for energi, køber man fra elnettet. Man får således til enhver tid det samme beløb for den el man leverer til el-nettet, som det man betaler for elektriciteten. Denne regel gælder også for offentlige bygninger og institutioner, hvor 100 kvm etageareal sidestilles med en bolig (eksempelvis svarer 500 kvm til 5 x 6 kwp). SOLCELLER I ENERGIRAMMEN 1 kw solcelleanlæg Areal: ca. 8 m 2. Produktion: ca. 850 kwh pr. år Godtgørelse af energirammen 850 kwh x faktor 2,5 = kwh Ved at installere et 1 kw solcelleanlæg kan energirammen reduceres med kwh, svarende til 14 kwh pr. m 2 bolig for en bolig på 150 m 2. Kilde side 32-33: BYG-SOL Solenergi i byggeriet 24

25 ENERGIKLASSER I ydelse ENERGIKLASSER Energiklassen er et udtryk for, hvor meget energi bygningen bruger pr. m 2 til opvarmning, ventilation, køling, varmt brugsvand og drifts-el. Tabellen viser et eksempel med en bolig på 150 kvadratmeter, beregnet efter energirammemetoden. ÅRLIGT ENERGIFORBRUG Enfamiliehus Dobbelthus Rækkehus i kwh/m 2 i to etager i to etager 20 boligenheder BR 08 nuværende krav Lavenergiklasse SOLCELLEANLÆGGETS PLACERING Et nettilsluttet solcelleanlæg producerer ca kwh pr. m 2 solceller årligt under optimale forhold. Den bedste placering er cirka 45 graders hældning stik syd, hvilket kan ses i tabellen, hvor denne produktion er sat til 100 pct. som udgangspunkt for beregningerne. Når et solcelleanlæg placeres, skal der tages hensyn til eventuel skygge, som resulterer i væsentlig produktionsnedgang. Ligeledes skal der sørges for god afkøling af solcellerne, oftest ved hjælp af naturlig ventilation, da stigende temperatur giver produktionsnedgang. BEREGNINGSVÆRKTØJET BYG-SOL BYG-SOL er et regneark med en indbygget beregningsmetode for bygningers energiforbrug i overensstemmelse med international standard. Både ved nye og eksisterende boliger skal der defineres et referencehus, og derefter undersøges forskellige energimæssige forbedringer. Referencehuset er et eksempel man selv har valgt og indsat i programmet. Resultatet afbildes grafisk sammen med detaljerede resultater, herunder driftsomkostninger. Under beregninger af forskellige energitiltag vises løbende, hvor den energioptimerede referencebygning ligger i forhold til udgangspunktet, samt energiramme, lavenergiklasse 1 og 2. I værktøjet er der indtastet typiske specifikationer på bygningsdele og priser på energimæssige forbedringer. Det er eksempelvis muligt at beregne driftsøkonomien af at øge isoleringen i forhold til at installere et solvarmeanlæg, eller i forhold til at indføre ventilation med varmegenvinding. Beregningsværktøjet BYG-SOL og tilhørende publikation BYG-SOL Solenergi i byggeriet kan downloades på: Lavenergiklasse Forventede krav i 2020 ORIENTERING: HÆLDNING: Vest V-SV S-SV Syd S-SØ Ø-SØ Øst

26 KILDELISTE I foto og information S. 1 Foto: Simone Giostra - Arup S. 6 Arkitekter: Entasis (1997) Foto: Thomas Brændgaard Nielsen Arkitekt: Peter Holst Arkitektur & Landskab (1999) Foto: Karin Kappel S. 7 Foto: Dissing+Weitling S. 8 Arkitekt: Aart (2008) Foto: Bolig for livet. Velfac/Velux Foto: Gaia Solar (begge fotos) Foto: Teknologisk Institut S.9 Foto: Karin Kappel (2) Foto: Kiss + Cathcart, 2004 S.. 10 Kilde: pdf Kilde: no/?nid=98843 Foto: Karin Kappel (2) S. 12 Kilde: s-domicil-i-oerestaden.aspx Foto: Karin Kappel S. 13 Kilde: Til EFP-projektet Solcellehus. Typehus med integreret solcelleanlæg Foto: Teknologisk Institut Kilde: Foto: Peter Christensen, Blendex A/S S. 14 Visualisering: Entasis arkitekter Carlsberg: Los Angeles: Kina: S. 15 Fotos: Simone Giostra & Partners Architect S. 16 Foto: Thomas Brændgaard Nielsen S. 17 Foto: Foto: Karin Kappel (alle) S S.19 Facadeskitse: Entasis arkitekter S.20 Kilde: Risø Side 21 Visualisering: Rubow arkitekter VELUX. Renderinger: Marcel Schwarz S. 22 Foto: Dissing og Weitling Foto: Karin Kappel (2) S. 23 Foto: Karin Kappel (2) Arena: Sunways Solar Cells Øvrige Kilder: Solceller + Arkitektur (Arkitektens Forlag 2005) Solceller i Arkitekturen (SBI 2002) BYG-SOL Solenergi i Byggeriet Links findes på: 26