Các tòa nhà tiêu thụ khoảng 1/3 năng lượng của thế giới và là nguyên nhân của 40% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Giảm phát thải carbon và sử dụng năng lượng sạch tái tạo trong các tòa nhà là cấp thiết để đạt được các mục tiêu trung hòa carbon cho toàn xã hội.
Tích hợp các tấm pin mặt trời vào các tòa nhà là một trong những giải pháp hứa hẹn nhất để giảm lượng khí thải carbon và phát triển một tương lai bền vững.
Theo các nhà khoa học năng lượng, mặt tiền của các tòa nhà (Façades) nên được sử dụng để tích hợp các tấm pin mặt trời.
Trước đây, hầu hết các tấm pin mặt trời (quang điện) cho các tòa nhà đều được lắp đặt trên mái nhà, nhưng diện tích mái thường bị hạn chế. Mặt tiền của tòa nhà cung cấp nhiều diện tích bề mặt hơn và có thể được sử dụng cho ứng dụng này.
Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng quang điện tích hợp mặt tiền (FIPV) là một giải pháp tiên tiến mới nổi và rất cần thiết để hấp thụ nhiều năng lượng mặt trời hơn. Ở Na Uy, nơi mặt trời thường thấp, mặt tiền của các tòa nhà có tiềm năng đặc biệt để lắp đặt các tấm pin mặt trời.
Những thách thức trong thẩm mỹ
Nhưng khía cạnh thẩm mỹ của các tấm pin mặt trời hiện đang là một thách thức. Màu đen hoặc xanh đậm của các tấm pin mặt trời thông thường không lý tưởng cho việc lắp đặt mặt tiền, các kiến trúc sư kiên quyết chống lại việc sử dụng các màu nhàm chán cho các thiết kế tòa nhà.
Ngoài ra, Na Uy có rất nhiều ngôi nhà đầy màu sắc, nhiều ngôi nhà đã hàng trăm năm tuổi. Màu sắc của các tòa nhà truyền thống thu hút khách du lịch và thể hiện “cảm giác về nơi ở” tuyệt đẹp của cư dân địa phương.
Thật khó để tưởng tượng rằng các kiến trúc sư hoặc chủ sở hữu nhà sẽ chấp nhận các tấm pin mặt trời nếu ứng dụng đó làm cho tất cả các ngôi nhà trở nên đen hoặc tối.
 |
|
Khái niệm pixelization có thể được sử dụng với các tấm pin mặt trời có màu sắc khác nhau trên mặt tiền của tòa nhà. Ảnh: Tạp chí Năng lượng Mặt trời (2021). |
Phương pháp pixel (pixel) thiết kế hóa học
Để giải quyết vấn đề này, một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Tiến sĩ Changying Xiang và Giáo sư Barbara Szybinska Matusiak tại Trung tâm Ánh sáng và Màu sắc của Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy (NTNU) đã đề xuất một phương pháp mới, trang bị mặt tiền của tòa nhà bằng năng lượng mặt trời đầy màu sắc. tấm pin để sản xuất năng lượng với hiệu suất cao.
Tương tự như tranh ghép hoặc tác phẩm nghệ thuật “Neo-Impressionist”, pixelization giúp bạn có thể kết hợp các tấm pin mặt trời có màu sắc khác nhau trên cùng một mặt tiền với sự chuyển đổi màu mượt mà theo thứ tự. Bằng cách này, cả hai tấm pin mặt trời màu sáng (thường có năng suất thấp hơn) và màu tối (thường là năng lượng cao) có cùng màu hoặc tương tự có thể được tích hợp. , tạo ra một năng lượng có thể chấp nhận được cho tổng thể mặt tiền.
Các nghiên cứu mô phỏng trên máy tính cho thấy mặt tiền mặt trời đầy màu sắc được pixel hóa có thể tạo ra năng lượng nhiều hơn 85% -93% so với mặt tiền mặt trời màu đen hoàn toàn.
Quan trọng hơn, phương pháp pixel hóa có thể sử dụng bảng màu cục bộ, một tập hợp các màu đặc trưng trong ngữ cảnh cục bộ.
 |
|
Tòa nhà cao. Ảnh: Changying Xiang |
 |
|
Đề xuất cải tạo chung cư cao tầng bằng tấm quang điện màu ở mặt tiền. Ảnh: Changying Xiang |
Hình ảnh dưới đây cho thấy màu sắc đặc trưng của thành phố Trondheim. Các kiến trúc sư có thể yêu cầu các công ty PV sản xuất màu sắc chính xác cho các tấm pin mặt trời để phù hợp với mặt tiền của một tòa nhà hiện có. Bằng phương pháp này, việc sử dụng pixel hóa có thể tôn trọng các thiết kế truyền thống, đồng thời góp phần tạo ra “cảm giác không gian” đầy màu sắc cho các khu đô thị có giá trị thẩm mỹ cao và thu hút khách du lịch.
Đáp ứng hiệu quả thẩm mỹ
Hiệu suất thẩm mỹ của các thiết kế pixelization được đề xuất đã được kiểm tra thông qua một cuộc khảo sát trực tuyến quốc tế với hơn 300 người tham gia từ Na Uy, Đan Mạch, Trung Quốc, Ba Lan, Hà Lan và Ý. , Úc, Mỹ, Nhật Bản và Brazil.
Một cuộc khảo sát ý kiến và đánh giá cho thấy rằng các thiết kế có pixelation được đa số ưa chuộng, phối nhiều màu sắc khác nhau tạo cảm giác dễ chịu hơn so với các thiết kế có tone màu thông thường. không có pixel. Hầu hết những người tham gia cho rằng các thiết kế sử dụng màu sắc địa phương phù hợp với bối cảnh đô thị.
Có hiệu quả cao trong sản xuất điện
Các nhà khoa học cũng tiến hành một nghiên cứu trường hợp khác ở Trondheim, nơi phương pháp pixel hóa được sử dụng trên quy mô nhỏ với ba tòa nhà chung cư cao tầng.
Một thiết kế cải tạo đầy màu sắc cho chung cư cao tầng được chế tạo, các tế bào năng lượng mặt trời thiết kế pixel cho khoảng 80% hiệu suất năng lượng của các tấm pin mặt trời đầy màu sắc của mặt tiền. màu đen. Điện năng được sản xuất từ mặt tiền năng lượng mặt trời đầy màu sắc có thể đáp ứng khoảng 26% tổng lượng tiêu thụ năng lượng hộ gia đình của các khu dân cư này.
Nghiên cứu này cung cấp các giải pháp mới và tài liệu tham khảo thiết kế để áp dụng quang điện màu trong bối cảnh đô thị trên quy mô lớn. Các nhà nghiên cứu tin rằng việc tích hợp quang điện trong các mặt tiền của tòa nhà cung cấp một cách tiếp cận hiệu quả để đối phó với biến đổi khí hậu và đạt được một xã hội không có carbon.
Theo Tech Xplore
