Xen kẽ pin năng lượng mặt trời trong kiến trúc

Nang luong mat troi có thể chia làm hai loại cơ bản: Nhiệt năng và Quang năng. Các tế bào quang điện (Photovoltaic cells) sử dụng công nghệ bán dẫn để chuyển hóa trực tiếp năng lượng quang học thành dòng điện, hoặc tích trữ vào pin, ắc quy để sử dụng sau đó. Các vấn đề lưu ý trong thiết kế pin năng lượng tích hợp trong công trình:

Pin năng lượng chịu ảnh hưởng bởi hướng, hình khối và tổ chức mặt bằng của công trình. Nó cũng sẽ tác động tới cơ cấu của công trình và là yếu tố quan trọng trong mối liên hệ giữa hệ thống công trình và môi trường. Kết hợp pin năng lượng với các thành phần kiến trúc khác là điều quan trọng , luôn phải chú ý tới hình dáng và thẩm mỹ của chúng. Hiện nay pin năng lượng vẫn là một công nghệ đắt tiền nên việc sử dụng chúng một cách hiệu quả là điều quan trọng. Việc sử dụng pin năng lượng nên là một phần chiến lược năng lượng tổng thể của công trình. Mỗi dự án cần được tính toán tới các diện tích pin năng lượng cần thiết tùy theo mục đích sử dụng. Sự vận hành của pin năng lượng chịu sự tác động của nhiều yếu tố trong đó quan trọng nhất là vị trí xây dựng, hướng và hình khối của công trình.

Khi xác định vị trí xây dựng: cần thiết kế để có càng nhiều bức xạ mặt trời và sự đồng nhất của bức xạ; vị trí càng về phía Bắc thì sẽ càng ít năng lượng mặt trời hơn; hình thế của khu đất và chế độ gió (để tạo ra chiến lược thông gió cho công trình); vị trí công trình cần được xác định để không bị che chắn do bóng mát sẽ tạo ra những tác động bất lợi; bóng của các vật dụng như cột ăng ten, ống khói, cây, các tòa nhà khác cũng nên hạn chế, nếu không thể tránh được, cần lựa chọn các thành phần và kiểu dáng của các vật kiến trúc đó để làm giảm thiểu tác động xấu… Hướng rất quan trọng nhưng cũng có sự linh hoạt trong thiết kế, lý tưởng nhất là hướng nằm trong khoảng 200 Nam, cho phép thu được hơn 95% năng lượng trong khoảng góc đó, trong khoảng 300 Nam, hiệu quả giảm đi chút ít.

Các loại công trình:

Hiện nay, do giá thành điện từ pin năng lượng đắt hơn giá điện lưới, việc sử dụng điện tại công trình sẽ kinh tế hơn là xuất điện từ pin năng lượng ngược lại lưới điệnNhà ở thì lại có xu hướng sử dụng năng lượng nhiều vào buổi tối. Các công trình công nghiệp và thương mại với diện tích mái lớn cũng đang chú ý tới pin năng lượng.

Thiết kế tích hợp pin năng lượng vào công trình:
Các hệ thống tam pin nang luong mat troi mặt trời tích hợp trong tòa nhà đóng vai trò như tường và mái, do đó, mọi vấn đề về kiểu dáng, bảo vệ các thành phần nhà dưới tác động của điều kiện khí hậu, áp lực gió, tuổi thọ vật liệu, an toàn và giá thành ngoài ra, còn có các yếu tố khác liên quan tới khả năng sử dụng điện được sản xuất như: bóng đổ của tòa nhà ảnh hưởng tới hiệu năng của pin, thông gió (do nhiệt độ cao trên hệ thống pin, cần có thông gió sau), cung cấp các tuyến tiếp cận cho đầu nối, dây dẫn, và bảo dưỡng…

Có hai giải pháp cơ bản tích hợp pin năng lượng vào công trình:
a. Tích hợp vào mái.
b. Tích hợp vào tường và các tấm chắn nắng.

Ngoài ra còn có các giải pháp độc lập như các hệ thống pin năng lượng trên các hệ khung trên mái và trên lối đi và các kiến trúc nhỏ khác.

1. Các hệ thống trên mái.
Mái có nhiều lợi điểm cho việc lắp đặt các hệ thống pin năng lượng như:
- Không bị che chắn: đặc biệt trong công trình cao tầng hoặc công trình công cộng lớn.
- Độ dốc mái dễ chọn phù hợp với việc vận hành cao, do không bị che chắn và không ảnh hưởng lớn tới thẩm mỹ công trình.
- Tích hợp vào mái dễ hơn tích hợp vào tường cả về mặt thẩm mỹ và hiệu năng.

Tuy nhiên, cần phải lưu ý tới việc thông gió cho hệ thống pin, cần có khung phụ gắn vào mái để cách tấm pin khỏi bề mặt khoảng từ 100mm để có thể thông gió và tản nhiệt tốt cho bản thân hệ thống. Nói chung thông gió cho mái không phức tạp như cho tường. Nhiều hệ thống pin với độ phủ lớn trên mái giúp cải thiện chế độ nhiệt cho công trình, đặc biệt ở những công trình có diện tích mái lớn.

2. Các hệ thống trên tường:
Lắp đặt pin năng lượng trên tường có ưu điểm đáng kể: Các tấm pin có thể được sử dụng như các tấm kính lắp đặt trực tiếp lên tường hoặc trong các vách dựng (curtain wall). Chúng cũng có thể được lắp đặt như các tấm chắn nắng ngang, dọc hoặc thậm chí trực tiếp ngay ngoài cửa sổ hoặc trên các giếng trời do hiệu quả xuyên sáng thấp của các tấm pin.

Trong kiến trúc, pin năng lượng được tích hợp trong công trình chủ yếu là dạng tấm nằm trên mái dốc của các biệt thự hay dạng ống nước tích hợp tế bào quang nhiệt bên trong nằm trên mái phẳng của công trình. Trong khi việc xử lý mặt đứng công trình thích ứng với điều kiện thời tiết vùng hàn đới cố gắng thu càng nhiều nhiệt càng tốt thì giải pháp chắn nắng giảm bức xạ nhiệt trực tiếp lên lớp vỏ công trình là điểm mấu chốt trong kiến trúc vùng nhiệt đới.

Chính vì vậy, các giải pháp sử dụng pin năng lượng mặt trời mang nhiều chức năng rất phù hợp với Việt Nam và các nước có khí hậu nhiệt đới như hiện nay.