Fönsterdesignen har en betydande påverkan på energieffektiviteten hos byggnader som använder solceller i sitt fönstersystem, särskilt när det gäller BIPV (byggnadsintegrerade solceller). I det aktuella fallet undersöks tre olika växthusrum, 2, 3 och 4, som är utrustade med fönster med olika typer av PVB-interlager för att utvärdera deras prestation när det gäller solenergiutvinning.

I växthusrum 2 användes två något högre dimmiga interlager av samma typ, “PVB-2” + “PVB-2”. I växthusrum 3 användes två interlager av olika dopning, “PVB-2” + “PVB-1”, medan växthusrum 4 hade ett enda fluorescerande interlager av hög klarhet “PVB-1”, tillsammans med ett vanligt interlager av “PVB”. Varje trippelglasfönster var konstruerat med tre 4 mm tjocka, lågjärnsglas, och de inre glasplattorna laminerades med två PVB-interlager, vilka var nödvändiga för att skapa en integrerad LSC-panel (luminescent solar concentrator).

Under initiala tester, som genomfördes i februari 2021 vid Murdoch Campus under naturliga utomhusförhållanden, noterades vissa skillnader i prestanda mellan de olika fönstertyperna. Trots att tester enligt standardiserade testförhållanden (STC) inte kunde utföras vid den tiden, visade sig fönstren ha nästan samma öppna krets-spänning (cirka 61 V). Däremot var kortslutningsströmmen (Isc) signifikant högre för fönstren i rum 2 och 3 (cirka 950–980 mA) jämfört med de i rum 4 (cirka 840–860 mA), vilket innebär att energiproduktionen från dessa fönster var högre med upp till cirka 10 %. Detta understryker vikten av att förstå att resultatet för solenergiutvinning beror på både designen av fönstren och testförhållandena.

En viktig aspekt att beakta är att energiutvinning från PV- eller BIPV-system varierar säsongsbetonat och är mycket beroende av installationens orientering. Även om det finns en kvantitativ korrelation mellan toppeffekt (kWp installerad kapacitet) och energiproduktion, är det avgörande att noggrant övervaka prestanda över flera årstider för att kunna göra rättvisande jämförelser mellan olika systemdesign. Det primära målet vid utformningen av ett PV/BIPV-system är att maximera solenergiproduktionen, vilket mäts som kWh/kWp/år, för att säkerställa att installationen genererar så mycket förnybar energi som möjligt under hela året.

För att övervaka den faktiska energiutvinningen från varje individuellt PV-system användes Enphase Envoy onlinegränssnitt, vilket gjorde det möjligt att följa produktionen av energi från de solfönster som var installerade på växthusets väggar och tak. Detta gränssnitt samlade data över definierade tidsperioder, vilket gav en omfattande bild av den långsiktiga prestandan.

Det var dock inte möjligt att installera alla 12-fönsters PV-arrayer på identiska ytor med samma fönsterdesign på grund av installations- och geometriska begränsningar. För att säkerställa jämförbarhet installerades fönstren i varje rum med samma variation av glasdesign, även om vissa fönster var tvungna att bytas under byggprocessen. I de flesta av de 12-fönstersarrayerna kombinerades tak- och väggfönster, ofta över två olika rum per array. Takfönstrens energiproduktion påverkades av faktorer som väderinducerad smuts och, under varmare perioder, de mikroinverterade AC-utgångsbegränsningarna.

Fönstren på de vertikala väggarna, särskilt på den norra sidan av växthuset, visade sig vara mer representativa för BIPV-systemets långsiktiga energieffektivitetsresultat. Detta berodde på den mindre påverkan från väderförhållanden och den svalare luften på marknivå, vilket ledde till bättre prestanda än på takytor där smuts och direkt solstrålning hade större påverkan. De väggmonterade fönstren var dessutom mindre känsliga för temperaturinducerade effektnedgångar.

Den långsiktiga prestandan för väggmonterade fönster i växthus 2, 3 och 4 mellan april 2021 och oktober 2022 visade att de installerade 12 fönstren i Array J (som till största delen representerade växthus 2:s design) genererade 41.83 kWh per fönster. Fönstren i Array F (delade mellan rum 3 och 4) genererade däremot 49.75 kWh per fönster, vilket indikerar en prestandaskillnad på cirka 12 % i favör för växthus 3:s fönsterdesign. Dessa resultat bekräftar även tidigare tester genomförda i februari 2021, där samma designfönster visade en högre kortslutningsström (Isc) och därmed högre energiutvinning än fönstren i rum 4.

Mätt under sommarmånaderna visade en jämförelse mellan den faktiska energiproduktionen och den beräknade produktionen för konventionella PV-system en märkbar överprestation. Till exempel ökade den faktiska energiutvinningen från Array F med 53,4 % jämfört med det beräknade värdet för ett traditionellt PV-system med samma kapacitet. Denna effekt var särskilt tydlig under månader med hög solstrålning, där de vertikala väggfönstren visade sig vara mer effektiva än väntat baserat på traditionella PV-modeller.

För att verkligen optimera solenergiutvinning krävs det en noggrant genomtänkt kombination av fönsterdesign, installationens orientering och säsongsanpassade faktorer. Det är också av vikt att förstå att fönsterteknik i växthus inte bara handlar om att maximera effektiviteten för enstaka fönster, utan att även hela växthuset måste beaktas som en enhet för att uppnå de bästa resultaten i förnybar energiproduktion.

Hur kan ett solenergidrivet kylsystem förbättra energieffektiviteten i tropiska regioner?

I denna studie analyserades genomförbarheten av ett solenergidrivet kylsystem i tre faser, med särskilt fokus på effektiviteten i tropiska regioner, där hög luftfuktighet och höga temperaturer skapar utmaningar för traditionella kylsystem. Energiförbrukningen för kylsystemen i dessa områden är ofta hög, och det finns ett starkt behov av att hitta alternativa lösningar för att minska den totala energianvändningen.

I den första fasen genomfördes en energigranskning av ett traditionellt FCU (Fan Coil Unit) kylsystem, som är ett av de mest använda kylsystemen för byggnader i tropiska områden. Granskningen visade att det var svårt att uppnå termisk komfort i det aktuella rummet, då den relativa luftfuktigheten var över 50 %. Den huvudsakliga orsaken till den höga energiförbrukningen var mekanisk avfuktning, som stod för 37 % av systemets totala energiförbrukning. Detta ledde till slutsatsen att mekanisk avfuktning är en av de största energiförbrukarna och att en potentiell lösning kan vara att ersätta denna process med en kemisk avfuktningsmetod, som kan bidra till att sänka den totala energiförbrukningen.

I den andra fasen simulerades ett HDCS (Hybrid Desiccant Cooling System) i TRNSYS-programvaran och implementerades i samma rum. Simulationen visade att HDCS skulle kunna upprätthålla termisk komfort samtidigt som den möjliggör energibesparingar mellan 17 % och 37 %, beroende på systemets konfiguration och driftförhållanden. Denna lösning förutsattes vara mycket mer energieffektiv i tropiska klimat, där den kan minska behovet av mekanisk kylning och därigenom sänka energiförbrukningen avsevärt.

I den tredje fasen konstruerades ett solenergisystem baserat på energiprofilen för HDCS, där PVsyst-programvaran användes för att designa ett solpanelssystem som skulle kunna tillhandahålla den dagliga energiförbrukningen för kylsystemet. Valet föll på sexton 380 W solpaneler och en 6 kW växelriktare med en effektivitet på 83 %. Detta system visade sig kunna tillhandahålla tillräcklig energi för att driva HDCS, och därmed erbjuda en hållbar lösning för att möta kylbehovet i tropiska regioner där solenergi är en tillgänglig och effektiv resurs.

Simulationerna visade att det solenergidrivna systemet producerade mellan 30 och 40 kWh per dag, vilket var i linje med det dagliga energibehovet för kylsystemet. Genom att använda solpaneler minskades inte bara den direkta energiförbrukningen från elnätet, utan även de långsiktiga driftkostnaderna för byggnaden.

Efter installationen av solenergisystemet påverkades den mängd elektricitet som injicerades i elnätet under dagen av två huvudsakliga faktorer: solsystemets förluster och den totala solstrålningen som panelsystemet fick. Effekten av dessa faktorer illustrerades tydligt i simulationerna, där den totala solstrålningen på panelerna ökade mellan 2 och 8 kWh per kvadratmeter per dag, vilket ökade mängden energi som matades in i nätet från 10 till 40 kWh per dag.

Det är viktigt att förstå att även om solenergi är en lovande lösning för att minska energikostnader och koldioxidutsläpp, finns det flera faktorer som påverkar systemets effektivitet. Förutom vädrets inverkan på solpanelernas prestanda måste även andra systemparametrar beaktas, som växelriktarens kapacitet och hur väl systemet är optimerat för att hantera de specifika behoven i byggnaden. Detta kan kräva ytterligare justeringar och optimering av systemet för att uppnå maximal effektivitet.

En annan viktig aspekt som kan förbättra effektiviteten för sådana system är att se på den långsiktiga hållbarheten hos de tekniska komponenterna, såsom solpanelerna och växelriktarna. För att säkerställa långvarig drift och hög effektivitet krävs att dessa komponenter underhålls regelbundet och att systemet övervakas för att upptäcka eventuella avvikelser eller förluster i prestanda. I tropiska regioner med höga temperaturer och hög luftfuktighet är det också viktigt att överväga komponenternas resistens mot dessa förhållanden för att undvika onödigt slitage och förluster i prestanda.

Således kan solenergidrivna kylsystem vara en effektiv lösning för att minska energiförbrukningen i tropiska regioner, men för att uppnå maximal effekt och hållbarhet krävs noggrant val av systemkomponenter och regelbundet underhåll av hela installationen.

Hur påverkar moderna injektionssystem och turboladdare dieselmotorns prestanda?
Hur implementeras policies och löses problem i skolor: En detaljerad genomgång
Hur kan vi använda Mirror API för att serialisera objekt i Swift?