https://doi.org/10.15407/iopt.2021.56.039

Optoelectron. Semicond. Tech. 56, 39-49 (2021)

I. V. Pekur, V. M. Sorokin, D. V. Pekur

SOLAR BATTERIES AS AN ELEMENT OF DESIGN OF MODERN ENERGY EFFICIENT BUILDINGS


The concept of increasing the energy efficiency of buildings by placing solar panels on their facades is considered. This solution is evaluated from the point of view of modern urban design, and the possibilities of increasing the energy efficiency of lighting systems of modern buildings with the use of solar panels for their power supply are determined. The implementation of a combination of power from renewable energy sources and from the stationary grid in the absence of energy storage systems (batteries) allows to create systems capable of using almost all the electricity generated by an alternative energy source. In this case, energy losses to energy transportation will be minimal. The absence of such battery systems in the designs allows to install only the design-calculated number of solar panels without the need to make a significant backup of generating capacity for its accumulation or operation in adverse weather conditions. An additional advantage of abandoning energy storage - batteries, is a significant reduction in the use of environmentally hazardous substances such as lead, lithium and acidic or alkaline electrolytes, the production of which has a negative impact on the environment, and their disposal requires additional costs. In the work, it is proposed to use cassette facade systems with built-in solar panels, which allow architects to create a modern appearance of buildings and structures. It is shown that in the absence of solar tracking systems, the reduction in generation is 23% for the case of horizontal expansion of solar panels compared to the case of the optimal angle (for Kyiv 40o) and 40% for the case of vertical installation of solar panels. The analysis indicates the possibility of creating a modern energy-efficient design of building facades, both in the design of modern buildings and in the restoration of facades of existing buildings.

Keywords: lighting systems, facade, solar panels, energy saving, energy efficiency, design, building, LED.

References

1. Wang Y., Fukuda H. The Influence of Insulation Styles on the Building Energy Consumption and Indoor Thermal Comfort of Multi-Family Residences. Sustainability. 2019. 11, № 1. P. 266. DOI: 10.3390/su11010266.

https://doi.org/10.3390/su11010266

2. Aelenei L., Gonçalves H. Refurbishment Solutions for Public Buildings Towards Nearly Zero Energy Performance. Nearly Zero Energy Communities. 2017. P. 25-38, DOI:10.1007/978-3-319-63215-5_2.

https://doi.org/10.1007/978-3-319-63215-5_2

3. Attia S. Net Zero Energy Buildings Performance Indicators and Thresholds. Net Zero Energy Buildings (NZEB). 2018. P. 53-85. DOI:10.1016/b978-0-12-812461-1.00003-4.

https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812461-1.00003-4

4. Shankar A., Krishnasamy V.,Chitti Babu B. Smart LED lighting system with occupants' preference and daylight harvesting in office buildings. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects. 2020. P. 1-21. DOI:10.1080/15567036.2020.1859650.

https://doi.org/10.1080/15567036.2020.1859650

5. Kolomzarov Yu. V., Kostilov V.P., Sorokin V. M., Nikolayenko Yu. Ye., Pekur I. V., Kornaga V. I., Korkishko R. M. Ekologichni problemi osvitlennya ta perspektivi zastosuvannya energooshadnih svitlodiodnih osvitlyuvalnih sistem z kombinovanim elektrozhivlennyam. TKEA. 2020. №1-2. S. 3-9. DOI: 10.15222/TKEA2020.5-6.03.

https://doi.org/10.15222/TKEA2020.5-6.03

6. Inhoffen J., Siemroth C., Zahn P. Minimum Prices and Social Interactions: Evidence from the German Renewable Energy Program. SSRN Electronic Journal. 2016. DOI:10.2139/ssrn.2796130.

https://doi.org/10.2139/ssrn.2796130

7. PHOTOVOLTAICS REPORT. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (16 September 2020).

8. Problemy i perspektivy razvitiya sotrudnichestva mezhdu stranami Yugo-Vostochnoj Evropy v ramkah Chernomorskogo ekonomicheskogo sotrudnichestva i GUAM. Sbornik nauchnyh trudov. Livadiya-Doneck: DonNU, 2007. 766 s.

9. National Energy and Climate Plans: A solar-powered energy system by 2030. SolarPower Europe. URL: https://www.solarpowereurope.org/national-energy-and-climate-plans-a-solar-powered-energy-system-by-2030 (data zvernennya: 02.03.2021).

10. Vzhe blizko 30 tis. rodin v Ukrayini perejshli na sonyachni elektrostanciyi ta zaoshadzhuyut vitrati na komunalni poslugi. Derzhavne agentstvo z energoefektivnosti ta energozberezhennya Ukrayini: veb-sajt. URL: https://saee.gov.ua/uk/news/3648. (data zvernennya: 02.03.2021).

11. Wenham S.R., Green M.A., Watt M.E., Corkish R. APPLIED PHOTOVOLTAICS. Earthscan: 2007. 323 p. ISBN 978-1-84407-401-3.

12. Meinel, A.B. & Meinel, M.P. Applied Solar Energy: An Introduction, Addison Wesley Publishing, 1976.

13. NASA POWER Data Access Viewer. NASA. https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/ (data zvernennya: 02.07.2021).

14. Liberta Solar. Інженерно-будівельна компанія Rauta: веб-сайт. URL: https://rautagroup.com/uk/product/liberta-solar-uk/ (data zvernennya: 02.03.2021).

15. DBN V.2.5-28:2018 «Prirodne i shtuchne osvitlennya», chinnij vid-22.08.2019. №106.Kiyiv, Derzhavni budivelni normi Ukrayini. 2018.

16. Fasadnye solnechnye paneli, imitiruyushie derevo, mramor i kirpich - novyj produkt Heliartec Solutions. URL: https://ecotechnica.com.ua/energy/solntse/4834-fasadnye-solnechnye-paneli-imitiruyushchie-derevo-mramor-i-kirpich-novyj-produkt-heliartec-solutions.html (data zvernennya: 02.03.2021).

17. Vidnovlyuvani dzherela energiyi. Za zag. red. S.O. Kudri. Kiyiv: Institut vidnovlyuvanoyi energetyki NANU. 2020. 392 s.

І.В. Пекур, В.М. Сорокін, Д.В. Пекур

СОНЯЧНІ БАТАРЕЇ ЯК ЕЛЕМЕНТ ДИЗАЙНУ СУЧАСНИХ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНИХ БУДІВЕЛЬ

Розглянуто концепцію підвищення енергоефективності будівель шляхом розміщення на їхніх фасадах сонячних батарей. Проведено оцінку такого рішення з точки зору сучасного урбаністичного дизайну,

а також визначено можливості підвищення енергоефективності освітлювальних систем сучасних будівель з використанням для їх живлення сонячних батарей. Реалізація комбінації живлення від відновлюваних джерел енергії та від стаціонарної електромережі без використання систем тривалого зберігання енергії (акумуляторів) дозволяє створювати системи, здатні повністю використати практично всю електроенергію, генеровану альтернативним джерелом енергії. При цьому енергетичні втрати при транспортуванні енергії будуть мінімальними. Відсутність в конструкціях таких систем акумуляторів дозволяє встановити лише проєктно розраховану кількість сонячних батарей без необхідності робити значне резервування генеруючих потужностей для її накопичення чи роботі за несприятливих погодних умов. Додатковою перевагою відмови від накопичувачів енергії – акумуляторів є суттєве зниження використання екологічно небезпечних речовин, таких як свинець, літій та кислотні або лужні електроліти, виробництво яких негативно впливає на навколишнє середовище, а їхня утилізація вимагає витрат додаткових коштів. В роботі запропоновано використовувати касетні фасадні системи з вбудованими сонячними панелями, які дають змогу архітекторам створювати сучасний зовнішній вигляд будівель та споруд. Показано, що за відсутності систем слідкування за Сонцем, зменшення генерації складає 23% для випадку горизонтального розташування сонячних батарей у порівнянні з випадком оптимального кута (для м. Києва 40о) та 40 % для випадку вертикального встановлення сонячних батарей. Проведений аналіз вказує на можливість створення сучасного енергоефективного дизайну фасадів будівель як при проектуванні сучасних будівель, так і при реставраційних роботах фасадів існуючих споруд.

Ключові слова: освітлювальні системи, фасад, сонячні батареї, енергозбереження, енергоефективність, дизайн, будівля, світлодіод.