Khi nhắc đến điện mặt trời, phần lớn chúng ta thường hình dung những tấm pin hình chữ nhật được lắp trên hệ khung đặt phía trên mái nhà.
Tuy nhiên, công nghệ quang điện hiện nay không còn bị giới hạn ở một thiết bị được bổ sung sau khi công trình đã hoàn thiện. Tế bào quang điện có thể được tích hợp trực tiếp vào mái, kính, mặt dựng, mái che hoặc các cấu kiện kiến trúc khác.
Cách tiếp cận này được gọi là BIPV — Building-Integrated Photovoltaics, hay hệ quang điện tích hợp công trình.
Khác với hệ pin mặt trời lắp nổi thông thường, sản phẩm BIPV vừa tạo ra điện, vừa đảm nhiệm một chức năng của cấu kiện xây dựng. Nếu tháo bộ phận BIPV ra, công trình sẽ cần một vật liệu khác thay thế vị trí đó để tiếp tục bảo đảm chức năng bao che, lấy sáng hoặc che nắng.
BIPV là gì?
BIPV là hệ thống trong đó module quang điện được thiết kế đồng thời như một sản phẩm phát điện và một cấu kiện xây dựng.
Theo cách định nghĩa được sử dụng trong các tiêu chuẩn quốc tế, một sản phẩm chỉ được xem là BIPV khi nó có ít nhất hai chức năng:
- Chuyển đổi ánh sáng thành điện năng.
- Đảm nhiệm một chức năng của công trình như lợp mái, bao che, lấy sáng, tạo bóng, cách nhiệt hoặc phân tách không gian trong và ngoài.
Điểm phân biệt quan trọng nhất là: nếu tháo sản phẩm BIPV, vị trí đó phải được thay thế bằng một cấu kiện xây dựng tương ứng.
Ví dụ, một tấm kính quang điện dùng làm mặt dựng không chỉ phát điện. Nó còn phải thực hiện chức năng của kính bao che như kiểm soát thời tiết, ánh sáng và môi trường bên trong.
Ngược lại, một tấm pin thông thường được bắt lên bức tường đã hoàn chỉnh vẫn chỉ là một thiết bị gắn thêm, không nhất thiết được xem là BIPV.
Vì sao công nghệ BIPV được phát triển?
BIPV không chỉ ra đời để làm cho hệ thống pin mặt trời trông đẹp hơn. Công nghệ này hướng tới việc giải quyết đồng thời nhiều bài toán của chủ đầu tư.
Diện tích mái thường có giới hạn
Hệ điện mặt trời truyền thống chủ yếu khai thác diện tích mái. Với biệt thự thấp tầng, diện tích này có thể tương đối lớn so với nhu cầu sử dụng điện.
Tuy nhiên, ở các công trình nhiều tầng, diện tích mái thường nhỏ hơn đáng kể so với tổng diện tích sàn và nhu cầu năng lượng. Trong khi đó, công trình có thể sở hữu một diện tích kính và mặt dựng rất lớn nhưng chưa được khai thác để tạo điện.
BIPV mở rộng phạm vi lắp đặt quang điện từ mái sang cửa sổ, mặt dựng, mái kính, lan can, mái hiên và hệ che nắng. Đây là một lợi thế đáng chú ý đối với các công trình cao tầng hoặc dự án có diện tích mái hạn chế
Vật liệu xây dựng và hệ năng lượng thường được đầu tư riêng
Với cách làm thông thường, chủ đầu tư trước hết phải hoàn thiện mái hoặc mặt dựng, sau đó tiếp tục đầu tư module quang điện, khung đỡ và hệ thống liên kết.
BIPV đặt ra một cách tiếp cận khác: sử dụng một cấu kiện để đồng thời thực hiện chức năng kiến trúc và phát điện.
Việc kết hợp hai chức năng có thể giảm sự trùng lặp giữa vật liệu bao che, kết cấu hỗ trợ và hệ quang điện. Tuy nhiên, điều này không đồng nghĩa BIPV mặc nhiên rẻ hơn, bởi chi phí còn phụ thuộc sản phẩm, thiết kế, thi công, tiêu chuẩn kỹ thuật và quy mô dự án.
Hệ pin lắp thêm có thể xung đột với kiến trúc
Các module tiêu chuẩn thường bị giới hạn về kích thước, màu sắc và hình thức. Nếu điện mặt trời chỉ được xem xét sau khi kiến trúc đã hoàn thành, hệ pin có thể trở thành một bộ phận tách rời khỏi tổng thể công trình.
Với BIPV, quang điện được tính toán ngay trong quá trình thiết kế mái, kính và mặt dựng. Kiến trúc sư có thể chủ động hơn về tỷ lệ module, nhịp mặt đứng, độ trong suốt, màu sắc và cách công nghệ xuất hiện trên công trình.
Công nghệ BIPV vận hành như thế nào?
Về nguyên lý phát điện, BIPV không hoàn toàn khác hệ quang điện thông thường.
Vật liệu bán dẫn trong tế bào quang điện hấp thụ năng lượng từ ánh sáng và tạo ra dòng điện một chiều, hay dòng DC. Dòng điện này có thể được sử dụng trực tiếp cho một số thiết bị, lưu trữ trong pin hoặc đưa qua inverter để chuyển thành dòng điện xoay chiều — AC — phù hợp với hệ thống điện của công trình.
Quy trình cơ bản gồm bốn bước:
1. Tiếp nhận ánh sáng
Ánh sáng chiếu vào các tế bào quang điện được tích hợp trong mái, kính hoặc mặt dựng BIPV.
2. Tạo ra dòng điện DC
Tế bào quang điện chuyển đổi một phần năng lượng ánh sáng thành dòng điện một chiều.
3. Chuyển đổi thành điện AC
Dòng điện DC được đưa đến inverter để chuyển thành dòng điện xoay chiều, phù hợp với hệ thống điện trong công trình.
4. Sử dụng, lưu trữ hoặc kết nối lưới điện
Điện năng có thể được sử dụng tại chỗ, lưu trữ trong hệ thống pin hoặc xuất lên lưới nếu thiết kế kỹ thuật và cơ chế đấu nối cho phép.
Điểm mới của BIPV không nằm ở một nguyên lý phát điện hoàn toàn khác. Giá trị công nghệ nằm ở việc tế bào quang điện trở thành một phần của cấu kiện kiến trúc, thay vì chỉ là thiết bị đặt lên công trình
Các hình thức BIPV phổ biến
BIPV có thể được triển khai dưới nhiều hình thức tùy thuộc kiến trúc, điều kiện bức xạ mặt trời và chức năng của từng cấu kiện.
Mái và ngói quang điện
Tấm lợp hoặc ngói quang điện được sử dụng thay cho một phần vật liệu mái truyền thống.
So với module đặt trên hệ khung nổi, mái BIPV có thể tạo ra một bề mặt liền mạch hơn. Tuy nhiên, thiết kế phải xử lý đồng thời khả năng phát điện, chống thấm, thoát nước, thông gió và thay thế cấu kiện.
Kính quang điện
Tế bào quang điện có thể được tích hợp vào kính dùng cho:
- Cửa sổ.
- Mái kính.
- Giếng trời.
- Sảnh thông tầng.
- Lan can kính.
- Mặt dựng trong suốt hoặc bán trong suốt.
Mức độ trong suốt và mật độ tế bào ảnh hưởng đồng thời đến lượng ánh sáng đi vào, hình thức mặt dựng và khả năng tạo điện.
Mặt dựng quang điện
Các module quang điện có thể thay thế một phần tấm ốp hoặc lớp bao che bên ngoài.
Giải pháp này đặc biệt đáng cân nhắc với công trình nhiều tầng, nơi diện tích mặt đứng lớn hơn nhiều so với diện tích mái. Hướng của từng mặt đứng, bóng đổ từ công trình xung quanh và góc chiếu sáng sẽ ảnh hưởng đến sản lượng điện.
Hệ che nắng phát điện
BIPV cũng có thể được tích hợp vào:
- Lam chắn nắng.
- Mái hiên.
- Mái che lối đi.
- Carport.
- Ban công.
- Kết cấu che nắng ngoài nhà.
Những cấu kiện này vừa tạo bóng, vừa cung cấp bề mặt tiếp nhận ánh sáng để phát điện. Các ứng dụng như mái, cửa sổ, mặt dựng, mái che và lan can đều nằm trong nhóm cấu kiện thường được nhắc đến khi triển khai BIPV.
BIPV khác hệ pin mặt trời lắp nổi như thế nào?
| Tiêu chí | Hệ pin lắp nổi | Hệ thống BIPV |
|---|---|---|
| Cách lắp đặt | Đặt trên mái, mặt dựng hoặc hệ khung có sẵn | Tích hợp trực tiếp vào cấu kiện xây dựng |
| Chức năng chính | Phát điện | Phát điện và thực hiện chức năng kiến trúc |
| Khi tháo hệ pin | Mái hoặc mặt dựng vẫn có thể tồn tại | Phải bổ sung cấu kiện khác để thay thế |
| Thời điểm thiết kế | Có thể bổ sung sau khi xây dựng | Nên tính toán từ giai đoạn thiết kế ban đầu |
| Hình thức | Phụ thuộc module và hệ khung tiêu chuẩn | Có thể tùy biến theo mái, kính hoặc mặt dựng |
| Mức độ phối hợp | Tương đối độc lập với kiến trúc | Cần phối hợp kiến trúc, kết cấu, MEP và điện mặt trời |
| Bài toán kinh tế | Thường đơn giản hơn nếu mục tiêu chính là hoàn vốn điện | Đánh giá đồng thời chi phí vật liệu, năng lượng và giá trị kiến trúc |
Theo tiêu chí kỹ thuật, hệ quang điện gắn lên lớp vỏ có sẵn nhưng không thay thế chức năng của cấu kiện thường được xếp vào nhóm BAPV — Building-Attached Photovoltaics, thay vì BIPV.
BIPV mang lại giá trị gì cho chủ đầu tư?
Mở rộng bề mặt tạo điện
Thay vì chỉ sử dụng mái, chủ đầu tư có thể khai thác thêm mặt dựng, kính, mái hiên và hệ che nắng.
Kết hợp vật liệu và công nghệ
Một cấu kiện BIPV có thể đồng thời thực hiện chức năng bao che, lấy sáng, tạo bóng hoặc hoàn thiện kiến trúc.
Hỗ trợ định vị công trình xanh
Nguồn điện được tạo tại chỗ có thể bù một phần lượng điện mua từ lưới và góp phần vào chiến lược năng lượng của dự án. Tuy vậy, mức đóng góp thực tế phải được tính bằng mô phỏng năng lượng dựa trên vị trí, hướng, bóng đổ và đặc tính sản phẩm.
Duy trì tính toàn vẹn của kiến trúc
Khi được tính toán từ đầu, các module quang điện có thể tham gia vào nhịp điệu, màu sắc và vật liệu của công trình thay vì trở thành một hệ thiết bị gắn thêm.
Những hạn chế cần cân nhắc
BIPV không phải lựa chọn tối ưu cho mọi dự án.
Chủ đầu tư cần đánh giá các vấn đề sau:
Chi phí đầu tư ban đầu
Sản phẩm BIPV thường yêu cầu mức độ tùy biến, thử nghiệm và phối hợp kỹ thuật cao hơn module tiêu chuẩn.
Nếu mục tiêu duy nhất là tạo điện với chi phí thấp và hoàn vốn nhanh, hệ pin lắp nổi có thể là lựa chọn đơn giản hơn.
Hiệu quả phụ thuộc vị trí lắp đặt
Không phải mọi bề mặt đều có điều kiện tiếp nhận ánh sáng tốt.
Một mặt dựng có hình thức ấn tượng nhưng bị che bóng phần lớn thời gian có thể không tạo ra sản lượng điện tương xứng với chi phí đầu tư.
Yêu cầu phối hợp kỹ thuật cao
BIPV đồng thời liên quan đến:
- Kiến trúc.
- Kết cấu.
- Điện.
- Chống thấm.
- Phòng cháy.
- Cách nhiệt.
- Thoát nước.
- Vận hành và bảo trì.
Việc thiếu phối hợp giữa các bộ môn có thể dẫn đến các vấn đề không chỉ về sản lượng điện mà còn về độ kín nước, an toàn và tuổi thọ lớp vỏ.
Bảo trì và thay thế phức tạp
Khi module quang điện là một phần của mặt dựng hoặc mái, việc tiếp cận và thay thế có thể phức tạp hơn so với hệ pin gắn trên khung độc lập.
Mặc dù sản phẩm BIPV đã xuất hiện trên thị trường trong nhiều năm, tốc độ ứng dụng vẫn thấp hơn một số dự báo ban đầu do các rào cản về chi phí, tiêu chuẩn hóa, chuỗi cung ứng, thiết kế và phối hợp giữa ngành xây dựng với ngành quang điện.
Khi nào BIPV thực sự đáng đầu tư?
BIPV tạo ra giá trị rõ nhất trong các trường hợp sau:
Công trình xây mới hoặc cải tạo lớn
Giải pháp có thể được đưa vào ngay từ giai đoạn thiết kế, thay vì phải điều chỉnh một công trình đã hoàn thiện.
Diện tích mái hạn chế
Dự án vẫn sở hữu mặt dựng, mái kính hoặc hệ che nắng có điều kiện tiếp nhận ánh sáng phù hợp.
Kiến trúc là yếu tố quan trọng
Chủ đầu tư muốn tạo điện nhưng không muốn hệ pin phá vỡ hình thức tổng thể của công trình.
Dự án theo đuổi mục tiêu công trình xanh
BIPV có thể trở thành một phần của chiến lược năng lượng, vật liệu và định vị bền vững của tài sản.
Có đội ngũ thiết kế và thi công phù hợp
Dự án cần sự tham gia sớm của kiến trúc sư, kỹ sư kết cấu, MEP, chuyên gia mặt dựng và đơn vị điện mặt trời.
Ngược lại, BIPV cần được cân nhắc kỹ nếu bề mặt bị che bóng nhiều, ngân sách đầu tư ban đầu hạn chế, cấu kiện khó bảo trì hoặc mục tiêu duy nhất là đạt thời gian hoàn vốn điện ngắn nhất.
BIPV có phải tương lai của kiến trúc năng lượng?
BIPV mở ra một cách tiếp cận mới: công trình không chỉ là nơi tiêu thụ năng lượng mà bản thân mái, kính và mặt dựng cũng có thể tham gia tạo ra điện.
Tuy nhiên, không nên xem đây là giải pháp mặc nhiên tốt hơn hệ pin mặt trời thông thường.
Giá trị của BIPV nằm ở khả năng giải quyết đồng thời ba bài toán:
Kiến trúc — bao che — năng lượng.
Khi chỉ xét riêng chi phí phát điện, hệ pin lắp nổi thường đơn giản hơn. Khi chủ đầu tư cần duy trì hình thức kiến trúc, khai thác thêm bề mặt và đưa năng lượng tái tạo vào ngay trong thiết kế công trình, BIPV trở thành một lựa chọn đáng cân nhắc.
Câu hỏi thường gặp về BIPV
BIPV có phải là pin mặt trời trên mái không?
Không hoàn toàn. Pin đặt trên một mái đã hoàn thiện thường là hệ gắn thêm. BIPV phải đồng thời đảm nhiệm một chức năng của mái, kính, mặt dựng hoặc cấu kiện xây dựng.
BIPV có thể lưu trữ điện không?
Bản thân module BIPV tạo ra điện nhưng không tự lưu trữ. Muốn lưu điện, công trình cần bổ sung hệ thống pin lưu trữ và thiết bị điều khiển phù hợp.
BIPV có phù hợp với nhà ở không?
Có thể phù hợp với nhà xây mới, biệt thự có yêu cầu kiến trúc cao hoặc nhà có mái, giếng trời và hệ che nắng thuận lợi. Hiệu quả cần được đánh giá theo từng công trình cụ thể.
BIPV có rẻ hơn pin mặt trời thông thường không?
Không thể kết luận chung. BIPV có thể thay thế một phần vật liệu xây dựng nhưng thường đòi hỏi sản phẩm, thiết kế và thi công chuyên biệt hơn. Bài toán kinh tế cần tính cả chi phí cấu kiện được thay thế, điện năng tạo ra, bảo trì và giá trị kiến trúc.
VIETLONG HOUSE — CHẤT LƯỢNG CHUẨN NHẬT
Hotline: +84 97 930 22 25
Email: vietlonghouse.vn@gmail.com
Website: vietlonghouse.com
