Fasada kogeneracyjna

Efektem prac badawczo ­ rozwojowych prowadzonych w naszej siedzibie (realizacja celów statutowych Fundacji) jest „kogeneracjna fasada fotowoltaiczna” – wytwarzająca jednocześnie prąd elektryczny i ciepło.

Fasada (choć może mieć też formę zadaszenia) przeznaczona jest do wytwarzania prądu elektrycznego z odnawialnej energii słonecznej i ciepła powstającego z nagrzewania paneli fotowoltaicznych. Znajduje zastosowanie we wszystkich obiektach, w których dopuszczalne jest wykonanie na elewacji fasady strukturalnej i zadaszeń w formie płaszczyzny.

Wykonana jest z paneli fotowoltaicznych osadzonych na kratownicy z profili aluminiowych mocowana do zewnętrznej ściany nośnej dowolnego budynku, z wyłączeniem ścian skierowanych na północ. Dopuszczalny jest montaż jako zadaszenie w formie płaszczyzny przy zachowaniu warunku nasłonecznienia powierzchni przez większość dnia.

Kratownica pokryta jest wodoszczelnie przyklejonymi do niej, za pomocą specjalnych silikonów do fasad strukturalnych będących w użyciu w budownictwie, bezramowymi panelami fotowoltaicznymi typu szkło – szkło produkującymi prąd elektryczny pod wpływem promieniowania słonecznego. Jako zabezpieczenie przed odspojeniem paneli przewidziano zastosowanie aluminiowych klem mocujących. Fasada kogeneracyjna mocowana jest do zewnętrznej ściany budynku lub konstrukcji dachowej za pomocą profili dystansowych. Przestrzeń powstała pomiędzy fotowoltaiczną ścianą osłonową a ścianą budynku jest zamknięta z boków oraz z góry i z dołu przez ciągłe profile aluminiowe, tworząc szczelny kolektor słoneczny w którym następuje podgrzanie powietrza od absorbujących promieniowanie słoneczne paneli fotowoltaicznych w ciemnym kolorze.

W dolnej części kolektora słonecznego znajdują się otwory (zrzutnie powietrza z systemu wentylacji) którymi do kolektora dostaje się wstępnie ogrzane, zużyte powietrze z wnętrza budynku. W górnej części znajdują się dysze służące odprowadzenia nagrzanego powietrza wykorzystywanego do zasilania powietrznych pomp ciepła realizujących obieg termodynamiczny Lindego, będący odwróceniem obiegu silnika cieplnego. Ciepło gromadzone jest również w murowanej ścianie budynku zamykającej kolektor od wewnątrz i oddawane po zachodzie słońca lub przy znacznym zachmurzeniu.

Kolektor zaopatrzony jest w zamykaną odchylnie pokrywę, umożliwiającą mieszanie powietrza pochodzącego z kolektora z powietrzem atmosferycznym oraz schłodzenie nadmiernie rozgrzanego kolektora w przypadku nadprodukcji ciepła. 

W przykładzie wykonania na rysunku, fig. 1 przedstawia poglądowo fasadę kogeneracyjną w widoku z boku, fig. 2 przedstawia widok od frontu, fig. 3 przedstawia przekroje szczegółowe.
Fasada kogeneracyjna składa się z płaszczyzny 2 zbudowanej z paneli fotowoltaicznych 2.7 koloru ciemnego, bezramowych typu szkło – szkło, przyklejonych do aluminiowej kratownicy i zabezpieczonych przed odspojeniem za pomocą aluminiowych klem 2.3. Kratownica wykonana jest z profili aluminiowych typu „T” 2.6, z tym, że skrajne profile 2.4 mają kształt „L” .
Kratownica wzmocniona jest w miejscach styku profili za pomocą kątowników aluminiowych 2.5, mocowana dystansowo do punktowo rozmieszczonych łap 2.1 zakotwionych w zewnętrznej ścianie budynku 1.1, przy czym skrajne krawędzie fasady mocowane są do zakotwionych w ścianie ciągłych kształtowników 2.2. Powstaje w ten sposób szczelna komora stanowiąca kolektor cieplny 3.7 pomiędzy wewnętrzną powierzchnią paneli a ścianą budynku do której napływa wstępnie ogrzane powietrze usuwane z wnętrza budynku poprzez otwory 3. Ściana budynku 1.1 tworząca tylną część kolektora stanowi akumulator ciepła nagrzewając się w trakcie pracy elektrowni i oddając ciepło w warunkach braku nasłonecznienia, podczas dni pochmurnych, deszczowych oraz w nocy.
Powietrze ogrzane w kolektorze 3.8 trafia przez unoszenie do otworów odlotowych 3.2, gdzie za pomocą opcjonalnego wentylatora 3.4 kierowane jest do pompy ciepła 3.6 typu powietrze – woda bądź powietrze – powietrze, posadowionej na najwyższym stropie budynku 1, poprzez kanał powietrzny 3.3 izolowany cieplnie warstwą otuliny termoizolacyjnej, Przepływ powietrza regulowany jest przez zamykaną odchylnie pokrywę 3.5, umożliwiającą schłodzenie nadmiernie rozgrzanego kolektora w przypadku nadprodukcji ciepła oraz ograniczenie napływu nadmiernie ogrzanego powietrza do pompy ciepła poprzez mieszanie go z powietrzem atmosferycznym.
Energia elektryczna produkowana w panelach 2.7 odprowadzana jest za pomocą przewodów elektrycznych do przekształtnika, zamieniającego prąd stały z paneli fotowoltaicznych na prąd zmienny zgodny z parametrami sieci

Rozwiązanie to może służyć do zastąpienia klasycznych fasad szklanych oraz zadaszeń mających formę płaszczyzny na budynkach ścianami osłonowymi produkującymi w kogeneracji energię elektryczną i cieplną.