Building Integrated Photovoltaics for Norway

Bygningsintegrerte solceller (BIPV) er en løsning for dagens og framtidens bygg. BIPV-systemene fungerer som en klimaskjerm, i tillegg til å produsere solstrøm. Før prosjektet startet var slike løsninger langt mer vanlige lenger sør i Europa, men i løpet av prosjektperioden (2015-2019) har vi sett en eksplosjon i antall BIPV-installasjoner i Norge, og vi mener at prosjektet har vært en medvirkende faktor i denne utviklingen. I forhold til land lenger sør har vi en del særegne forhold i Norge som medfører både utfordringer og muligheter. Et eksempel på dette er et værhardt klima med vind, slagregn og frost som kan være en utfordring i forhold til robusthet og levetid på komponenter og løsninger. Et klima med lave temperaturer kan imidlertid også være positivt da energiproduksjonen fra typiske solceller er større når temperaturen er lav. Solinnstrålingsbetingelsene i Norge er også annerledes enn de fleste land lenger sør gjennom at vi har lavere solhøyder forholdsvis mye overskyet vær. Dette har betydning for valg av solcelleteknologi, og ikke minst plasseringen av solcellekomponenter på en bygning. Prosjektet har vært et samarbeid mellom forskningspartnerne SINTEF, NTNU, IFE og NORCE, samt næringslivsspartnerne Statsbygg, Glass og fasadeforeningen, Omsorgsbygg, Undervisningsbygg, Backegruppen, Rambøll, Asplan Viak, NorDan, Isola, Getek Solar og FUSen. Gjennom arbeidet i prosjektet har vi identifisert robuste BIPV-løsninger, og framskaffet nødvendig kunnskap for framtidig utvikling av nye materialer, komponenter og løsninger som kan skreddersys for norsk klima og solinnstrålingsbetingelser. For å oppnå dette har vi blant annet hentet inn informasjon om installasjoner på norske bygg for å lære mer om hva vi faktisk kan forvente av solstrømproduksjon. Vi har undersøkt hvilke faktorer som påvirker energiproduksjonen fra BIPV-anlegg i Norge, og hva som utgjør de største utfordringene for drift og vedlikehold. Resultatene fra dette arbeidet viser blant annet at det i Norge er attraktivt å integrere solceller i fasader, og typisk kan man forvente omtrent samme årlige produksjon per kvadratmeter for en sørvendt solcellefasade (i åpne omgivelser) som for en installasjon på et flatt tak. Dette gjør at BIPV-fasader er mer aktuelle i Norge sammenlignet med land lengre sør. Når solcellene skal integreres i fasader blir også de estetiske aspektene spesielt viktige. Studier som er gjennomført i prosjektet viser at det i dag finnes mange fargede solcelleprodukter som gir relativt små tap (<10%) i strømproduksjonen i forhold til bruk av svarte moduler. Dette gir arkitekter stort spillerom for å tegne visuelt attraktive bygninger med BIPV, og det finnes nå mange flotte eksempler på norske bygg der man hat tatt i bruk fargede solcelleprodukter. I prosjektet har vi også studert den tekniske integrasjonen av solceller i bygninger. For å identifisere robuste komponenter og løsninger er det gjennomført værpåkjenningstester og akselererte tester av aldring og bestandighet av BIPV-produkter med nordiske klimapåkjenninger. Et annet tema som er spesielt viktig i Norge er utfordringer med snø og is. Lag av snø og is som fester seg til overflaten av solcellepaneler kan naturlig nok redusere strømproduksjonen fra anlegget, og i denne sammenheng er det også viktig å undersøke hvordan snø og is påvirker installasjonens robusthet og bestandighet. Viktige spørsmål som vi har sett på her er: Hvordan påvirkes den årlige strømproduksjonen til bygningsintegrerte solceller av snø og is? Kan vi utvikle nye overflater og metoder for å hindre at snø og is fester seg på solcellene? Vil disse nye overflatene bli robuste nok i et nordisk klima? Det ambisiøse og langsiktige målet med disse aktivitetene er å muliggjøre utviklingen av avanserte materialer som vil være i stand til å unngå snø- og isdannelser på sine overflater. Videre har vi sett på solinnstrålingsbetingelser relatert til nordiske forhold. I Norge står sola ofte lavt på himmelen og vi har mye overskyet vær. Dette påvirker effektiviteten til solceller og moduler, og dermed også strømproduksjonen. Her har vi blant annet undersøkt den praktiske betydningen av diffus innstråling på energiproduksjonen, samt hvilke teknologier som takler best at deler av modulene ligger i skyggen. Vi har også sett på betydningen av støv på solcelleoverflatene, og her ser det ut til at det norske klimaet kan være en fordel, da hyppig regn bidrar til å rengjøre overflatene. ? Et viktig mål for prosjektet har vært å formidle den nye kunnskapen om BIPV. I 2018 bidro prosjektet derfor til gjennomføringen av den første BIPV-dagen, som ble gjennomført i Oslo med godt over 100 deltakere. Både forskningspartnerne og flere av næringslivspartnerne i prosjektet holdt faglige presentasjoner på BIPV-dagen. Suksessen ble gjentatt i 2019, og slik det ser ut nå er BIPV-dagen etablert som et fast årlig arrangement som bidrar til å bringe viktig kunnskap om BIPV ut til alle de som kan dra nytte av den.

Prosjektet har bidratt til å etablere en vitenskapelig plattform for nåværende og framtidig BIPV-industri i Norge, dokumentert blant annet gjennom 20 vitenskapelige artikler. Prosjektet har bidratt til en rekrutteringsbase for norsk BIPV-industri gjennom å veilede to PhD-kandidater, to prosjektstudenter og 16 masterstudenter. Prosjektet har bidratt til økt internasjonalt forskningssamarbeid innen BIPV, dokumentert gjennom medvirkning til fem IEA-rapporter, og til økt tverrfaglig forskningssamarbeid innen BIPV i Norge blant annet gjennom tett faglig samarbeid mellom fem ulike forskningsmiljøer. Nettsiden til prosjektet vil kunne fungere som en kunnskapsportal for BIPV i Norge i lang tid framover. Vi tror at resultatene fra prosjektet har stor nytteverdi både for det norske næringslivet og for samfunnet for øvrig, og at prosjektet har vært en viktig medvirkende faktor til den eksplosive økningen i antall BIPV-installasjoner i Norge i tiden etter at prosjektet startet.

The built environment accounts for over 40% of the worlds total primary energy use and 24% of greenhouse gas emissions. Making buildings more energy-efficient and using a larger fraction of renewable energy is therefore a key research issue. In Norway, The Research Centre on Zero Emission Buildings (ZEB) expects the building requirements to go from passive house standards (2015) via zero energy levels (2020) to active house standards (2030). In order to accomplish this, the use of building integrated photovoltaics (BIPV) is considered a necessity. This project will provide a thorough investigation of the performance of PV-solutions installed in Norwegian buildings, as well as the challenges related to these installations and suggest guidelines for improvements. The main focus areas of the project will be on BIPV-solutions that (i) are compatible with architectural desires and Norwegian building traditions, (ii) can resist exposure to the Nordic climate, (iii) can function well to prevent snow and ice formation (iv) are optimized for the insolation conditions that are typical of Nordic regions, and (v) are viable within green building projects.