Acoperișul verde Biosolar – O sinergie de sisteme inovatoare
Într-o lume care se confruntă cu provocări semnificative, cum ar fi creșterea populației, urbanizarea, consumul mare de energie și pierderea biodiversității, este esențial să se găsească soluții durabile în mediul urban. Se estimează că populația globală va ajunge la 10 miliarde de locuitori până în 2050, peste 80% din populația europeană va locui în orașe, iar consumul de energie, numai în sectorul rezidențial, va crește cu 48% între 2012 și 2040.
Trebuie să generăm energie electrică în mod local, folosind tehnologii inteligente, pentru a face orașele mai autonome și mai puțin vulnerabile la crizele energetice. Panourile fotovoltaice au câștigat popularitate în proiectarea clădirilor datorită ușurinței de implementare și independenței lor față de variațiile microclimatice. Cu toate acestea, eficiența lor rămâne mai scăzută în comparație cu alte sisteme de generare a energiei regenerabile (chiar și cu cele mai bune tehnologii este încă sub 30%). Pe de altă parte, dacă punem numai panouri fotovoltaice pe toate acoperișurile, se poate ajunge la așa-numitele "efecte de insulă de căldură", care apar în jurul suprafețelor întunecate și rigide.
Se desfășoară numeroase cercetări cu scopul de a crește eficiența sistemelor fotovoltaice prin integrarea acestora cu acoperișurile verzi. Astfel se creează un echilibru atunci când panourile solare sunt combinate cu vegetația de tip sedum, arbuști de mici dimensiuni sau chiar legume, pe acoperișuri care, prin procesul de evapotranspirație, răcoresc aerul din spatele panourilor.
Studiile au arătat că acoperișurile Biosolare pot răci temperatura suprafeței fotovoltaice, ceea ce duce la o creștere cu 5-15% a producției de energie electrică în comparație cu acoperișurile convenționale. În funcție de factori, precum tipurile de plante, performanța acoperișului și condițiile climatice, acoperișurile verzi fotovoltaice pot contribui cu până la 8,3% din consumul total de energie al unei clădiri. Pe de altă parte, panourile fotovoltaice umbresc vegetația, asigurându-i o mai bună rezistență la secetă. Combinația dintre acoperișurile verzi și panourile fotovoltaice a demonstrat efecte pozitive asupra albedoului, a performanței sistemului și a ratelor de autoconsum.
Beneficiile combinării instalațiilor fotovoltaice cu acoperișuri verzi se extind dincolo de producția de energie. Cercetările efectuate în Sydney, Australia, au comparat sistemele solare fotovoltaice convenționale cu sistemele fotovoltaice cu acoperișuri verzi pe o perioadă de opt luni. Două clădiri de birouri identice alăturate în Barangaroo din Sydney au oferit o oportunitate perfectă pentru cercetătorii în energie solară de a testa performanțele sistemelor diferite. Studiul a fost condus de Peter Irga de la Universitatea de Tehnologie Sydney și finanțat de Consiliul orașului Sydney, cu cercetări efectuate asupra sistemului convențional de panouri solare de la International House și a sistemului de acoperiș verde biosolar de la Daramu House (1800 m2, 10.000 plante, 12 specii diferite).
Rezultatele sunt semnificative - în comparație cu acoperișul convențional, ansamblul solar amplasat deasupra patului de plante a avut o producție medie zilnică de energie electrică cu 39 kW, adică cu 13,1% mai mare.
În urma cercetării s-a constatat că temperaturile de suprafață pe acoperișul verde au fost semnificativ mai scăzute, în unele cazuri cu până la 20°C în timpul verii. Acest lucru a îmbunătățit producția de energie solară cu 3,6 % pe durata celor opt luni ale proiectului.
În ciuda asemănărilor, în ceea ce privește construcția și locația, efectul radiației solare pe fiecare acoperiș este evident în afara orelor în care soarele este aproape de vârful său solar. În aceste ore, acoperișul verde a produs o producție medie de energie mai mare cu ~6 % decât acoperișul convențional. Înainte și după aceste ore se arată rezultate de performanță notabilă (-3,6 - 16 %)", se arată în studiu. După corectarea acestor diferențe, s-a constatat că panourile de pe acoperișul verde au fost, în medie, cu 3,63% mai eficiente în orice zi. În plus, pe parcursul celor opt luni de studiu, acoperișul verde a produs 9,5 MWh suplimentari de energie electrică ecologică; acoperișul convențional producând 59,5 MWh, în timp ce acoperișul verde a produs 69 MWh.
Rezultatele generale au demonstrat o producție sporită de energie, o mai bună filtrare a apelor pluviale, o izolare eficientă a clădirii și o creștere neașteptată a biodiversității animale. Acoperișul verde a rămas semnificativ mai rece decât acoperișul tradițional, ceea ce a dus la îmbunătățirea eficienței panourilor fotovoltaice și la reducerea efectelor insulei de căldură urbană. Pe de altă parte, acoperișul verde a absorbit gaze cu efect de seră (aproape nouă tone de gaze cu efect de seră, echivalentul plantării a 110 copaci) și a oferit beneficii ecologice și estetice suplimentare.
"Reducerea temperaturii la suprafață arată cum acoperișurile verzi ar putea juca un rol important în combaterea efectului insulei de căldură urbană, o problemă majoră în orașele noastre." Dr. Peter Irga
Pentru a optimiza și mai mult acoperișurile cu sistem fotovoltaic, se pot monta module fotovoltaice special concepute, bifaciale, care pot fi instalate în poziție verticală. Această configurație reduce sarcina vântului, oferind în același timp o producție sporită de energie dimineața și seara. În ciuda prezenței unor zone umbrite și subterane cu factori de albedo mai mici de 0,2, instalația bifacială cu o putere nominală de 9,09 kWp a obținut un randament specific de 942 kWh/kWp într-un an (11.08.2017-10.08.2018). Acesta este apropiat de valorile tipice de 1000 kWh/kWp obținute pentru sistemele PV orientate spre sud în aceeași regiune.
Sistemul agrivoltaic pe acoperiș este o altă soluție inovatoare pentru a răspunde provocărilor legate de urbanizare și de producția de alimente. Având în vedere că spațiul de teren disponibil pentru agricultura tradițională este limitat, acoperișurile nefolosite ale clădirilor oferă un potențial vast pentru cultivarea alimentelor. Agrivoltaica pe acoperiș duce acest concept mai departe prin integrarea panourilor solare în sistemele de agricultură pe acoperiș. Această abordare reciproc avantajoasă permite plantelor să răcească prin evaporare panourile solare, în timp ce panourile solare umbresc parțial plantele de radiațiile UV și de temperaturile extreme din mediile de cultură adesea limitate de apă de pe acoperișurile verzi. Protecția pe care o oferă panourile solare încetinește rata de utilizare a apei de către plante, ceea ce, la rândul său, reduce stresul provocat de secetă asupra culturilor alimentare.
Panourile solare pot, de asemenea, să protejeze culturile de condițiile meteorologice extreme și să genereze simultan energie electrică. Beneficiile potențiale ale instalațiilor agrivoltaice pe acoperișuri includ creșterea rezilienței sistemelor alimentare urbane, extinderea producției de energie regenerabilă și reducerea consumului de apă.
Combinarea acoperișurilor verzi, a panourilor fotovoltaice și a agriculturii pe acoperișuri oferă soluții inovatoare la provocările cu care se confruntă zonele dens urbanizate. Prin integrarea acestor tehnologii, orașele contribuie la producția de energie electrică inteligentă, conservarea biodiversității, îmbunătățirea gestionării apelor pluviale, reglarea temperaturii și îmbunătățirea spațiilor urbane. Cu o abordare holistică a proiectării, peisajele de pe acoperișuri pot avea, de asemenea, o mare valoare experiențială. Pe lângă serviciile ecosistemice și producția de energie, peisajul verde al acoperișurilor poate oferi, de asemenea, frumusețe și expresii culturale cu calități estetice și recreative.
"Având în vedere mărimea impactului pozitiv generat în raport cu costurile, infrastructura ecologică este probabil cea mai simplă și mai eficientă inițiativă pe care o putem lua pentru a contribui la dezvoltarea durabilă a orașelor noastre."
Sistemul E-Biosolar este un sistem fotovoltaic integrat, special conceput pentru acoperișuri verzi, este o soluție profesională pentru a produce energie fotovoltaică regenerabilă pe acoperișul verde. Sistemul se poate instala atât pe construcții noi cât și pe cele renovate, permite dispunerea pe toată suprafața acoperișului. Datorită instalației, acoperișul este considerat biodivers, în zonele umbrite, create de așezarea panourilor, se formează zone de plante cu alt microclimat față de cele situate pe partea însorită. Modulele înălțate permit pătrunderea luminii și asigură un strat hidratant vegetației.
Plapuma de vegetație E-Sedum conține între 10-12 specii diferite de Sedum. Plantele au o înălțime relativ mică și sunt caracterizate prin capacitate crescută de auto-regenerare, sunt rezistente la secetă, soare, vânt și îngheț, se dezvoltă foarte bine în condiții de acoperiș verde. Ruloul de Sedum oferă o varietate mare de culori și forme, conține plante cu frunze de dimensiuni variate, reprezintă o soluție economică pentru realizarea unui covor de vegetație care oferă un grad de acoperire imediat după instalare.
