Η ανάγκη για ενεργειακά αποδοτικά και βιώσιμα κτίρια έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη συστημάτων σκίασης που συνδυάζουν λειτουργικότητα, αισθητική και παραγωγή ενέργειας. Το έργο BIPVdSHADING στο Franklin University της Ελβετίας, αποτελεί μια καινοτόμο λύση που συνδυάζει την ηλιακή σκίαση με τα φωτοβολταϊκά συστήματα σε μία ενιαία, προσαρμοζόμενη πρόσοψη.

Στον σύγχρονο κόσμο της αρχιτεκτονικής και των κατασκευών, η έννοια της ενεργειακής αποδοτικότητας και της βιώσιμης δόμησης αποτελεί βασικό πυλώνα. Ιδιαίτερα, η σκίαση κτιρίων σε συνδυασμό με την παραγωγή καθαρής ενέργειας, έχει αποκτήσει κεντρική σημασία. Το πρωτοποριακό έργο BIPVdSHADING, που βρίσκεται σε φάση υλοποίησης στο Πανεπιστήμιο Franklin στην Ελβετία, αποτελεί ένα σύγχρονο παράδειγμα ολοκληρωμένης λύσης Building Integrated Photovoltaics (BIPV) σε δυναμικό σύστημα σκίασης.

Το προφίλ του έργου

Το project BIPVdSHADING (Building Integrated Photovoltaics Dynamic Shading) υλοποιείται από κοινού με φορείς όπως το Franklin University Switzerland, το εργαστήριο SUPSI-ISAAC, και την εταιρεία AIL SA, μεταξύ άλλων συνεργατών. Η βασική ιδέα είναι η δημιουργία ενός συστήματος δυναμικών λουβέρων (louvers) που ενσωματώνουν φωτοβολταϊκά στοιχεία (PV modules) και μπορούν να προσαρμόζουν τη θέση τους σε πραγματικό χρόνο, ανάλογα με τις κλιματικές συνθήκες, την εποχή και τις ανάγκες του κτιρίου.

Αυτή η τεχνολογία δεν έχει ως μόνο στόχο την παραγωγή ενέργειας, αλλά συνδυάζει τα οφέλη της σκίασης για θερμική άνεση και μείωση της υπερθέρμανσης, με την ταυτόχρονη δυνατότητα συλλογής ηλιακής ενέργειας. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για κτίρια με μεγάλες γυάλινες προσόψεις, όπου ο έλεγχος της ηλιακής ακτινοβολίας είναι κρίσιμος.

Το BIPVdSHADING υλοποιείται μέσω μιας σειράς αλουμινένιων λουβέρων, σε κάθε μία από τις οποίες είναι ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά μονοκρυσταλλικά ηλιακά πάνελ υψηλής απόδοσης. Η τοποθέτηση των PV modules στις λουβέρες είναι τέτοια ώστε:

  • Να ελαχιστοποιείται το self–shadingμεταξύ των πάνελ, μέσω υπολογισμών της βέλτιστης γωνίας και απόστασης μεταξύ λουβέρων
  • Να διατηρείται η μηχανική αντοχήκαι η αδιάβροχη προστασία (IP65 ή καλύτερη) του συστήματος
  • Να επιτυγχάνεται η βέλτιστη γωνία πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας ανάλογα με την εποχή και την ώρα

Οι λουβέρες είναι ρυθμιζόμενες μηχανικά με ηλεκτροκινητήρες που επιτρέπουν την αλλαγή γωνίας σε πραγματικό χρόνο, με ακρίβεια +/- 1°. Ο έλεγχος βασίζεται σε ένα ολοκληρωμένο σύστημα αισθητήρων που καταγράφει:

  • Γωνία και ένταση ηλιακής ακτινοβολίας (IR, UV, visible)
  • Εξωτερική και εσωτερική θερμοκρασία
  • Επίπεδα φωτισμού στους εσωτερικούς χώρους (illuminance)

Η επικοινωνία γίνεται μέσω πρωτοκόλλου IoT σε τοπικό δίκτυο, με κεντρικό υπολογιστή και cloud-based digital twin που προσομοιώνει την απόδοση του συστήματος, επιτρέποντας προβλέψεις και απομακρυσμένο χειρισμό.

Όταν η τεχνολογία «συναντά» το περιβάλλον

Η μοναδικότητα του BIPVdSHADING έγκειται στη διπλή του λειτουργία: πρόκειται για ένα σύστημα σκίασης που λειτουργεί και ως ενεργειακός συλλέκτης. Οι λουβέρες, κατασκευασμένες από ειδικά φωτοβολταϊκά πάνελ, τοποθετούνται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να περιορίζουν την άμεση ηλιακή ακτινοβολία το καλοκαίρι, μειώνοντας το ψυκτικό φορτίο, και ταυτόχρονα να επιτρέπουν την είσοδο θερμότητας το χειμώνα για να ελαχιστοποιούν τη χρήση θέρμανσης.

Το σύστημα είναι σχεδιασμένο να λειτουργεί με μέγιστη ενεργειακή απόδοση, αποφεύγοντας το φαινόμενο του αυτο-σκιασμού (self-shading), το οποίο συνήθως μειώνει την απόδοση των φωτοβολταϊκών συστημάτων όταν αυτά τοποθετούνται σε λουβέρες ή άλλα σκίαστρα. Μέσω προσαρμοσμένων γωνιών κίνησης, οι λουβέρες ρυθμίζονται συνεχώς, εξασφαλίζοντας τη μέγιστη συλλογή ηλιακής ενέργειας σε κάθε στιγμή της ημέρας.

Επιπλέον, το έργο αξιοποιεί την τεχνολογία ψηφιακού διδύμου (digital twin), δηλαδή την ψηφιακή προσομοίωση του συστήματος και του κτιρίου σε πραγματικό χρόνο. Αυτό επιτρέπει την ακριβή παρακολούθηση των συνθηκών, τη βελτιστοποίηση της λειτουργίας και την αποδοτικότερη συντήρηση, μειώνοντας τα λειτουργικά κόστη.

Εξοικονόμηση ενέργειας με μέτρηση και ρύθμιση σε πραγματικό χρόνο

Η πρώτη πιλοτική εφαρμογή του συστήματος τοποθετήθηκε στην πρόσοψη του νέου αμφιθεάτρου του Franklin University Switzerland και αποτελεί ένα από τα πρώτα έργα αυτού του είδους στην Ευρώπη. Μέσω συνεχούς παρακολούθησης και μετρήσεων για πάνω από έναν χρόνο, το BIPVdSHADING έχει επιδείξει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με συμβατικές λύσεις σκίασης και φωτοβολταϊκά συστήματα.

Τα βασικά ευρήματα δείχνουν μείωση της θερμοκρασίας στους εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους έως και 3°C, γεγονός που οδηγεί σε σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας για κλιματισμό. Επιπλέον, η ενεργειακή απόδοση του συστήματος αυξήθηκε κατά περίπου 20% σε σύγκριση με τυπικά φωτοβολταϊκά πάνελ που τοποθετούνται σε σταθερές επιφάνειες.

Η ικανότητα των λουβέρων να προσαρμόζονται σε πραγματικό χρόνο επιτρέπει την προσαρμογή της σκίασης και της παραγωγής ενέργειας ανάλογα με τις κλιματολογικές συνθήκες, την ώρα της ημέρας και τις εποχές, ενώ ταυτόχρονα εξασφαλίζει οπτική άνεση στους εσωτερικούς χώρους.

Πώς το Franklin University γίνεται σημείο αναφοράς για βιώσιμα κτίρια

Το BIPVdSHADING ανοίγει νέους ορίζοντες για την ενσωμάτωση ενεργειακών συστημάτων σε κτίρια, προσφέροντας όχι μόνο λειτουργική σκίαση αλλά και ενεργειακή αυτονομία. Η δυνατότητα αυτόματης προσαρμογής καθιστά το σύστημα ιδανικό για γραφεία, πανεπιστήμια, εμπορικά κέντρα και κτίρια με μεγάλες γυάλινες προσόψεις, όπου ο έλεγχος του φωτισμού και της θερμοκρασίας παίζει καίριο ρόλο.

Επιπλέον, η χρήση ψηφιακών διδύμων δίνει τη δυνατότητα στο προσωπικό συντήρησης και διαχείρισης να λαμβάνει πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο και να παρεμβαίνει όπου απαιτείται, βελτιώνοντας την απόδοση και παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του συστήματος.

Με την εξέλιξη της τεχνολογίας και την αυξανόμενη ζήτηση για βιώσιμα κτίρια, το BIPVdSHADING αποτελεί ένα υποδειγματικό παράδειγμα της μελλοντικής κατεύθυνσης στον σχεδιασμό προσόψεων, όπου η ενσωμάτωση της σκίασης και της παραγωγής ενέργειας σε έναν ενιαίο και δυναμικό μηχανισμό είναι πλέον εφικτή και απαραίτητη.

Τελικά, το έργο BIPVdSHADING στο Franklin University Switzerland δείχνει το δρόμο προς τα έξυπνα, πολυλειτουργικά συστήματα σκίασης που δεν περιορίζονται μόνο στην αισθητική και τη θερμική άνεση, αλλά προσφέρουν και ενεργειακή αυτονομία και προσαρμοστικότητα σε πραγματικό χρόνο. Είναι ένα έργο που συνδυάζει τη βιωσιμότητα με την τεχνολογική καινοτομία, δίνοντας λύσεις που μπορούν να εφαρμοστούν ευρύτατα σε κτίρια του μέλλοντος.

Για τους επαγγελματίες του χώρου της σκίασης, το BIPVdSHADING αποτελεί μία υποδειγματική πρόταση που αξίζει να παρακολουθήσουν και να εξετάσουν για τις μελλοντικές εφαρμογές τους.