מחקר- פאנלים סולאריים משולבי מבנה בישראל

מחקר: ניתן לספק את כל צריכת החשמל בישראל ע"י תאים פוטו-וולטאים משולבי מבנה (BIPV) ו-PV רגיל על גגות (2019)

Feasibility study of implementing building integrated photovoltaics (BIPV) in commercial buildings in Israel

הרצאה של ד"ר דניאל מדר על BIPV בישראל, הוועידה השנתית למדע ולסביבה, אוקטובר 2020.

Colored dye BIPV in glass. SwissTech Convention Center (EPFL) - Lausanne. Source and photo: BFE - SUPSI @ SUSPI-SEAC 2017 BIPV Status Report

בדצמבר 2019 פרסמנו סקר היתכנות לשימוש בתאים פוטו-וולטאיים משולבי מבנה (BIPV- Building Integrated Photovoltaics) בבניינים מסחריים בישראל.

בניינים צורכים כ-40% מהאנרגיה בעולם המפותח, אחראים לפליטת כ-20% מגזי החממה ממקור אנושי, ומהווים את הפגיעה המשמעותית ביותר בשטחים פתוחים.

דוח חריף של ה-IPCC מסוף 2018 קורא לפעולות דחופות של כל המדינות והארגונים לצמצום דרסטי של פליטות גזי חממה והשפעתם לפני 2030, ע"מ למנוע קטסטרופה אקלימית בסבירות גבוהה אשר תגרום לנזקים עצומים לבריאות, לרווחת האדם, לכלכלה ולסביבה.

מתקני אנרגיה מתחדשת אמנם מייצרים אנרגיה במינימום זיהום ופליטות גזי חממה, אך לרוב תופסים שטחים פתוחים נרחבים. רשת חשמל ריכוזית כמו בישראל, חשופה לפגיעות (אסונות טבע, אירועי לחימה, סייבר, תקלות) אשר עלולות להשבית אזורים נרחבים בארץ ולפגוע קשות בשגרת החיים המודרניים.

פתרונות לבעיות אלו הם ייצור אנרגיה על מבנים ויצירת מבני ZEB/NZEB (Near/ Zero Energy Building) אשר צורכים פחות מ-80% אנרגיה לעומת מבנים קונבנציונליים מקבילים. יצור אנרגיה באמצעות תאים פוטו-וולטאים רגילים על גגות אמנם מאפשר ייצור חשמל מספק לבניינים נמוכים, אך לא לרבי קומות. כמו כן, פתרון זה אינו אסתטי.

תאים פוטו-וולטאים משולבי מבנה (BIPV- Building Integrated Photovoltaics), מהווים חלק ממעטפת הבניין (חלונות, חזיתות, גגות) וממלאים מספר פונקציות בו זמנית: ייצור חשמל, פתרון אסתטי, הגנה על הבניין מפגעי הסביבה, הצללה, חוסן אנרגטי וצמצום המשאבים המושקעים בייצור נפרד של תאים פוטו-וולטאים ומעטפת בניין רגילה. מטרת מחקר זה הייתה לבחון התכנות אנרגטית וכלכלית ליישום BIPV בבניין משרדים רב-קומות טיפוסי בישראל.

הסימולציה האנרגטית לחלופות BIPV של בניין משרדים.

מצאנו כי שילוב BI(PV) בבניין משרדים רב-קומות טיפוסי בישראל יכול לייצר עד פי 7 יותר חשמל לעומת ייצור חשמל פוטו-וולטאי על הגג בלבד. שילוב BI(PV) תלת-מימדי המותקן בזווית אופטימלית בחזיתות, מאפשר ייצור של עד 125% חשמל יותר לכל מ"ר, לעומת BI(PV) שטוח. בממוצע, חלופות ה-BI(PV) שנבחנו מעלות את היקף ההשקעה בבניין ב-2-12%, לעומת בניין ללא BI(PV).

בשוק הישראלי הנוכחי, רוב חלופות ה-BI(PV) שנבחנו אינן מחזירות האת ההשקעה בפחות מ-20 שנה. עם זאת, כאשר תועלות חיצוניות ותועלות משקיות מייצור חשמל פוטו-וולטאי רגיל משוקללות בניתוח זמן החזר ההשקעה, זמן החזר ההשקעה בכל חלופות ה-BI(PV) צונח, כך שרובן מחזירות את ההשקעה תוך 8-14 שנים. יותר מכן, גם ללא שקלול תועלות חיצוניות ומשקיות, יש חלופות BI(PV) אשר מקנות התייעלות אנרגטית מובנית לבניין, ומאפשרות החזר השקעה תוך 14 שנים בלבד.

ניתן לספק 30-120% מצרכי החשמל הישראליים ב-2040 באמצעות יישום BI(PV) על בניינים חדשים בלבד. בדומה למתרחש במדינות המפותחות, נדרשת תמיכה ממשלתית ליישום BIPV ברבי קומות ע"מ לאפשר את צמיחת התחום בארץ.

המחקר בוצע בשיתוף עם גלית שיף ויעל גלעד מגלעד-שיף אדריכלות, אבי בלאו, מיכל ורבר וחגי קוט. הוא מומן ע"י המשרד להגנת הסביבה.

למחקר המלא (עברית). To the Executive Summary (English) and full research (Hebrew)

המחקר הוצג בוועידה השנתית למדע ולסביבה, של האגודה הישראלית לאקולוגיה ולמדעי הסביבה, אוקטובר 2020 (ראו סרטון בראש העמוד).