Çok Camlı Gökdelenlerdeki Fotovoltaik Pencereler CO2 Salımını %40 Oranında Azaltabilir
Dünyanın enerji tüketiminin ve CO2 emisyonlarının yaklaşık üçte biri binalardan kaynaklanıyor. Cepheleri son derece camlı gökdelenler ve binalar güzel görünebilir ve bol miktarda ışık alabilir, ancak buna karşın yazın ihtiyaç duyulan ekstra soğutma ve kışın ihtiyaç duyulan ısıtma nedeniyle çok fazla enerji harcar. Modern gökdelenlerin cephelerinde pencere alanı %70’e varabilir. Verimli fotovoltaik pencereler yalnızca yalıtım sağlamakla kalmaz, aynı zamanda emilen ışığı güce dönüştürür. NREL'den Wayne Hicks, farklı PV pencere teknolojilerinin sekiz farklı iklimdeki gökdelenler üzerindeki etkisini modelleyen araştırmayı anlatıyor. Sonuçlar, PV pencerelerin enerji kullanımını ve CO2 emisyonlarını %40 ve daha fazla azaltabileceğini gösteriyor. Hatta modellere göre “ne kadar çok cam o kadar çok tasarruf” anlamına geliyor. Binanın dışına standart PV panellerin eklenmesiyle bazı gökdelenler net sıfır emisyon hedefine ulaşabilir.
Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'ndaki (NREL) araştırmacılar tarafından yapılan bir analize göre, bu devasa cam cepheli yapılar, termal olarak verimli fotovoltaik (PV) pencerelerin eklenmesiyle daha fazla enerji verimli hale getirilebilir.
One Earth dergisinde yayınlanan bulgular, net sıfır veya hatta net pozitif enerji tüketimi olan bir yapı sağlayabilecek bina tasarım kurallarının ana hatlarını çiziyor.
NREL'de PV teknolojisini pencerelere entegre etme konusunda uzman bir bilim adamı olan Lance Wheeler, "Enerji açısından verimli bir binanın neye benzediğine dair önyargılı fikirler var ve bunlar genellikle çok camlı ve muhtemelen çok yüksek değil. Yüksek verimli binalar inşa etmenin başka yolları olduğunu bulduk" dedi.
Enerji kullanımını ve CO2 emisyonlarını %40 azaltmak
Wheeler, Wisconsin-Stout Üniversitesi'nde yardımcı doçent olan ikiz kardeşi Vincent ile birlikte "Fotovoltaik pencereler, cam cepheli yüksek binalarda enerji kullanımını ve CO2 emisyonlarını %40 oranında azaltıyor" başlıklı makaleyi kaleme aldı. Analizi yürütmek için kardeşler, kullanıcıların bina simülasyonları için PV pencerelerinin tasarımını modellemesine olanak tanıyan PVwindow adlı bir yazılım geliştirdiler.
Makalenin diğer yazarları; NREL'den Janghyun Kim, Tom Daligault, Bryan Rosales, Chaiwat Engtrakul ve Robert Tenent'tir.
NREL'deki araştırmacılar, Denver'da PV pencere kullanımının yılda 2 milyon kilogram karbondioksit emisyonunu ortadan kaldırabileceğini hesapladılar.
%70 pencere oranı
Binalar, dünyadaki enerji tüketiminin üçte birinden fazlasını ve küresel karbondioksit emisyonlarının neredeyse bir o kadarını oluşturuyor. Ancak araştırmacılar, PV'yi yüksek termal performanslı pencere teknolojileriyle birleştirerek, yeni binaların iklim değişikliğiyle mücadelede kritik bir araç haline gelebileceğini belirtti. Modern ofis binaları, beton ve tek camlı pencerelerden inşa edildikleri günlerin tersine, baş döndürücü cam cepheleriyle öne çıkıyor.
Araştırmacılar, camın bina enerji performansı üzerindeki etkisini net bir şekilde göstermek için analizlerinin çoğunda pencereden duvara oranı %95 olan ve "çok camlı" olarak adlandırılan binaları dikkate aldılar. Üç camlı pencereler gibi cam teknolojilerindeki gelişmeler, binaların enerji verimliliğini artırmaya yardımcı oldu, ancak şimdiye kadar yaygın olarak benimsenmedi.
Lance Wheeler, "Burada oturup yüksek derecede camlı binalar inşa etmemiz gerektiğini söylemek istemiyorum. Yüksek verimli binalar inşa etmeliyiz. Ancak bu binaları yapmaya devam edersek, düşük performanslarını bir şekilde iyileştirmemiz gerekir ve PV pencereler, bunu yapmanın bir yoludur" dedi.
Araştırmacılar, NREL'in değiştirilebilir PV teknolojisi de dahil olmak üzere üç farklı PV cam teknolojisinin etkisini simüle ettiler. Farklı iklimlerde sekiz şehirde birer binada farklı cam teknolojileri uygulandı. Araştırmacılar, PVwindow'a ek olarak EnergyPlus ve OpenStudio yazılım platformlarına da sürece dahil ettiler.
Sorun: yüksek camlar yazın daha fazla soğutmayı, kışın daha fazla ısıtmayı gerektirir
Bu kadar çok pencere ve içeri sızan güneş ışığı nedeniyle, oldukça camlı binalar, iç ortamı soğutmak için önemli miktarda enerji harcamak zorundadır. PV pencereler bir bina için ısı yalıtımı sağlar ve emilen enerjiyi elektrik üretmek için kullanır. Bir yıl boyunca araştırmacılar, mevsime göre güçlü bir şekilde değişen hava koşullarına sahip iklimlerde PV nesillerinde net bir eğilim buldular. Simülasyonlar, örneğin Denver'da PV üretiminin, yoğun camla kaplı 12 katlı bir yapı için günlük ortalama bina elektrik yükünü yarı yarıya azaltabileceğini ortaya çıkardı. Ayrıca Denver'daki PV pencerelerinin yılda 2 milyon kilogram karbondioksit emisyonunu ortadan kaldırabileceğini belirlediler.
Simülasyonlar, incelenen üç farklı PV cam versiyonunun her biri için performansta adım adım bir artış gösterdi ve sekiz iklim bölgesinde daha düşük enerji tüketimi ve karbondioksit emisyonları sağlanabileceğini gösterdi.
ABD Enerji Bakanlığı Bina Teknolojileri Ofisi bu araştırmayı finanse etti.
