Påverkan av naturlig ventilation och temperatur på soltak

Att sprida energibehoven i byggnader kommer att avsevärt minska den erforderliga energitillförseln och minimerar därmed utsläpp av växthusgaser (GHG). Värmegenereringsproblem i samband med design och implementering av BIPV-system är fundamentala problem som kräver systematisk spridning och utveckling. När yttemperaturen på dina solpaneler blir för hög, kan solpanelseffektiviteten minska till en viss del. Låt oss undersöka hur temperaturen påverkar soltak.

Grundläggande termiska PV-fakta

Under drift absorberar PV-moduler infallande solstrålning för att generera elektricitet. Endast 15 %-20 % av solstrålningen omvandlas till elektricitet och de övriga häpnadsväckande 80 % av inkommande solstrålning absorberas av PV-panelen och överförs via termisk strålning och värmekonvektion till närliggande ytor. Detta representerar en värmelast som måste avlägsnas från PV-panelen för att öka prestandan och minska kylande laster. En BIPV-modul monteras alltid nära en yta och en ökning av temperaturen uppstår genom ett begränsat luftflöde runt modulen och reduktion värmeförlusten genom strålning orsakad av närvaron av omgivande varma ytor.

I princip finns det tre negativa effekter:

1. solstrålningen ökar solpaneltemperaturen och minskar därmed effektiviteten,

2. en del av den ökade solstrålningstemperaturen överförs till byggnadens tak och vind genom naturlig konvektion och strålning,

3. dåligt designade och ventilerade BIPV-system kan bli en brandrisk.

Överhettning av PV-moduler och överföring av denna hetta till byggnaden kan oavsiktligt öka kyllasten och öka strömförbrukningen för kylutrustning. Därför är det viktigt att vidta försiktighetsåtgärder så att onödig överhettning av moduler kan undvikas.

Faktorer som påverkar BIPV-system

Byggnadsmaterial och huskonstruktioner varierar mellan olika länder, men fotovoltaiktekniken är nästan snarlik och internationell. PV-paneler har en begränsad övergripande effektivitet och faktorer som påverkar BIPV-system är solstrålning, PV-panelstorlek, fuktighet, design, placering, luftmellanrum, vindhastighet och takventilationsstrategi. I heta och fuktiga klimat drabbas PV-moduler av förändringar av fukthalten, vilket så småningom försämrar modulens prestanda. Om fukt börjar penetrera polymeren och når solcellen, kan detta försvaga de adhesiva bindningsytorna, vilket resulterar i delaminering och ett ökat antal intrångsvägar, förlust av passivering och korrosion av lödfogar.

BIPV ska upprätthålla tekniska och ekonomiska krav och estetiska aspekter innan de integreras i byggnadsstrukturer för att uppfylla de erforderliga fraktionella kraven.

Naturlig ventilation för solpaneler

Under sommarmånaderna kan celltemperaturen bli så hög som 70 °C och leder till en reduktion av omvandlingseffektivitet med cirka 22,5 % från standardtestförhållanden. En metod för att sprida solstrålningslasten är riktad naturlig ventilation under PV-enheten. Under förutsättning att modulen med ett luftmellanrum som låter luften flöda bakom modulen ökar solpanelstemperaturen och ökar prestandan för BIPV-enheten. Värme överförs genom konvektion till luften och transporteras bort av luftflödet.

Bärighet (värme) och den vindframkallade tryckskillnaden mellan toppen och botten av luftmellanrummet driver luften. En högre flödeshastighet i luftmellanrummet minimerar celltemperaturen. Visst låter det förnuftigt? Luftmellanrummen ska vara designade för att maximera luftflödet samtidigt som ett jämnt fördelat och stabilt luftflöde bibehålls. Ett ojämnt distribuerat luftflöde kan skapa “hotspots”. Ett instabilt flöde kan leda till ett delvis reverserat flöde.

Om luftmellanrummet är litet, förblir temperaturen hög pga. flödesresistensen inuti lufthåligheten. När lufthålighetens djup ökar, minskar temperaturen för omgivningsluften och solpanelerna. Studier har visat att luftmellanrum mellan 10-12,5 cm är optimala för att tillhandahålla den lägsta celltemperaturen. När vindhastigheten ökar, minskar den genomsnittliga celltemperaturen och en avsevärd sänkning kan noteras när vindhastigheten är högre än 1 m/s.

Solarstones metod för att minska soltakstemperatur

När det gäller naturlig ventilation handlar det om systemdesign och luftmellanrum. Solarstone råder alltid byggherrar att installera ett vattentätt underskikt som kan andas som evakuerar all fukt ur byggnadsstrukturen. Ett högkvalitativt underskikt ska användas (i enlighet med den harmoniserade EU-standarden BS EN 13859-1:2014) med en hög resistans och styvhet mot hårda vindar. För förbättrad ventilation rekommenderar Solarstone att man använder följande regelspecifikationer.

• Ventilationsreglar: 45…53  x  45…53 mm

• Motreglar: 45…53  x 95…103 mm

Efter fixering av startklämmorna ska en ventilationsprofil installeras som fungerar som en anti-fågeltakåskam. Profilen förhindrar att fåglar och ohyra kommer in i regelhåligheten och låter luften flöda in i underlagstaket och regelhåligheten.

Källor:

1. Simulation Analysis of a Ventilated Building Integrated-Photovoltaics Air-Gap Duct System for Natural Ventilation of a Building

2. State-of-the-Art Technologies for Building-Integrated Photovoltaic Systems

3. Effect of Temperature and Humidity on the Degradation Rate of Multicrystalline Silicon Photovoltaic Module

4. Cooling Of Building Integrated Photovoltaics By Ventilation Air

5. An Investigation on Ventilation of Building-Integrated Photovoltaics System Using Numerical Modeling