građevinsko – arhitektonski fakultet u nišu nauka + praksa 12.1 / 2009

204

Arhitektonska integracija fotovoltažnih panela na fasade objekata kulturnog nasleđa

Sanja Stevanović

Rezime. Pored njihove još uvek visoke cene, veliki problem sa popularizacijom fotovoltažnih panela u arhitektonskoj i širokoj javnosti jesu brojni primeri loše arhitektonske integracije solarnih sistema. U ovom radu analizirano je nekoliko primera dobre arhitektonske integracije FV panela na objekte kulturnog nasleđa, a zatim je dat predlog instalacije takvog sistema na južni zid niške Tvrđave, koji bi trebao da podigne svest javnosti u niškom regionu o značaju i potencijalu solarne energije. Ključne reči. Sunčeva energija; Fotovoltažni paneli; Arhitektonska integracija; Kulturno nasleđe; Fasade. Abstract. Apart from their still high price, a big problem in popularization of photovoltaic panels within architectural and wider public are numerous examples of bad architectural integration of solar energy systems. In this work, a few examples of good architectural integration of PV panels into objects of cultural heritage are analyzed, and then an installation of PV system to a south wall of the Fortress of Niš is suggested, which should raise the public awareness of the importance and the potential of solar energy in the region of Niš. Keywords. Energy of the Sun; Photovoltaic panels; Architectural integration; Cultural heritage; Facades.

1. UVOD

Nagli porast broja instaliranih fotovoltažnih (FV) panela na zgradama tokom 1990-tih, podstaknut atraktivnim „feed-in“ tarifama najpre u Nemačkoj, a potom i u ostalim zemljama Evropske Unije, razlog je što kod velikog broja ovakvih instalacija nisu poštovana čak ni osnovna pravila arhitektonskog dizajna. Mnogi od ovih primera doveli su do pogrešno uvreženog mišljenja da FV paneli na zgradama uništavaju njen oblik, što često obeshrabruje potencijalne nove korisnike [1]. Zbog toga se u stručnoj javnosti FV paneli još uvek posmatraju samo kao dodatni tehnički element i osuđeni su na postavljanje uglavnom na krov zgrade, bio on ravan ili pod nagibom, gde je loša integracija manje vidljiva, a uticaj na arhitekturu minimalan.

Skoriji razvoj tehnologije pokazuje da se FV paneli mogu posmatrati kao ravnopravan građevinski materijal, sa svojim tehničkim karakteristikama i arhitektonskim kvalitetima. FV sistemi omogućavaju korisnicima i arhitektama slobodu zahvaljujući maloj veličini ćelija i fleksibilnosti električnih kablova, što značajno proširuje mogućnosti integracije [2]. FV paneli su otporni na vremenske prilike, pružaju akustičku zaštitu i toplotnu izolaciju. Pored toga, oni

imaju prednosti koje su jedinstvene za izvor električne energije: nema pokretnih delova, tako da je potreba za održavanjem svedena na minimum; njihov rad je bešuman i nemaju direktnih emisija, što ih čini kompatibilnim sa svakom vrstom ljudske aktivnosti. Dobro dizajnirana FV fasada izražava pomirenje između moderne tehnologije i brige za čovekovu okolinu, što je čini odličnim izborom u savremenom urbanom dizajnu.

Međutim, za značajniji prelaz na korišćenje FV panela potrebne su korenite promene kod svih činioca izgradnje, koje moraju da počnu još u fazi planiranja. Novim zgradama je potreban odgovarajući krov i fasade okrenute suncu. Investitori moraju da budu voljni da primene nove tehnologije, što država može postići zakonskim odredbama, subvencijama ili atraktivnim „feed-in“ tarifama (Prvi korak u tom pravcu je najava zamenika direktora Agencije za energetsku efikasnost Republike Srbije da će u drugoj polovini 2009. godine biti uveden sistem „feed-in“ tarifa i u Srbiji [3].) Arhitekte moraju da znaju kako da uvrste FV elemente u svoje projekte na estetski zadovoljavajući i energetski efikasan način. Proizvođači FV panela moraju da znaju da proizvode FV sisteme koji će odgovarati standardima u

građevinsko – arhitektonski fakultet u nišu nauka + praksa 12.1 / 2009

205

projektovanju i moći da se instaliraju na jednostavan način. Elektrodistribucija mora da zna kako da nađe balans između centralizovane i decentralizovane generacije električne energije, imajući na umu stabilnost napajanja i kontrolu sistema [4].

Jedan od najvažnih preduslova za ostvarenje ovog procesa je podrška široke javnosti za uvođenje solarnih tehnologija. Cilj ovog rada je da se u drugoj i trećoj sekciji ukaže na neka pravila i primere dobrih arhitektonskih integracija FV sistema u objekte kulturnog nasleđa, dok se u četvrtoj sekciji iznosi predlog instalacije FV sistema na južni zid niške Tvrđave, koji bi trebao da podigne svest javnosti u niškom regionu o značaju solarne energije.

2. KRITERIJUMI ARHITEKTONSKE INTEGRACIJE

Arhitektonska integracija solarnih sistema u fasade zgrada privlači pažnju istraživača poslednjih desetak godina (videti, na primer, projekte [5,6,7]). Integracija u fasade je naročito značajna kod visokih zgrada, kod kojih je površina južne fasade mnogostruko veća od površine krova. Fasadne integracije su još uvek retke jer su, u suštini, mnogo delikatnije od integracije na krov zbog veće vidljivosti solarnog sistema. Pošto je fasada javno lice arhitekture, solarni sistem ne može jednostavno da se koristi kao dodati tehnički element, već njegova arhitektonska integracija mora da bude zadovoljavajuća [8].

Kako bi izdvojila kriterijume dobre arhitektonske integracije solarnih termalnih sistema, M.C. Munari Probst sa EPFL iz Lozane, Švajcarska [9] je sprovela anketu među evropskim arhitektama i inženjerima o uspešnosti arhitektonske integracije solarnih termalnih sistema kod deset različitih objekata i došla do sledećih zaključaka: • solarne energetske sisteme treba koristiti kao

konstruktivni element za pokrivanje fasade ili krova (a ne kao dodatni tehnički element);

• pozicija i dimenzije solarnog sistema treba da budu definisane posmatrajući zgradu kao celinu (ne samo kao deo fasade ili krova);

• boje i materijale solarnog sistema treba izabrati zajedno sa bojama i materijalima koji opisuju zgradu i njen kontekst;

• veličinu i oblik modula treba izabrati razmatrajući zgradu i kompozicionu mrežu fasade/krova.

3. ARHITEKTONSKE INTEGRACIJE FV PANELA U OBJEKTE KULTURNOG NASLEĐA

Dobro očuvani objekti kulturnog nasleđa predstavljaju arhitektonska obeležja mesta u kome se nalaze i njima javnost posvećuje veliku pažnju. Arhitektonske integracije FV panela u objekte kulturnog nasleđa stoga mogu da imaju izuzetno veliki značaj u popularizaciji solarne energije i FV tehnologija. Kako su objekti kulturnog nasleđa pod zaštitom zakona, instaliranje FV panela kod njih predstavlja izuzetno interesantan kreativni problem, jer takva instalacija, pored dobre arhitektonske integracije, treba da ima i minimalan uticaj na fasadu objekta. Ovakve integracije su izuzetno retke i u nastavku sekcije su opisana četiri primera.

Turistička organizacija Ala, Francuska (slika 1). Stari manastir je renoviran i pretvoren u turističku organizaciju. FV paneli su podeljeni u tri jednaka polja, pri čemu polje zauzima centralnu poziciju u svakom od tri lučna udubljenja na fasadi. Površina polja iznosi 60% od površine fasade lučnog udubljenja. Polja su izbačena u odnosu na fasadu, kako bi se ostavio prostor za prozore sa leve strane na drugom i trećem spratu. Tekstura FV panela je presek kristala crne boje i slaže se sa teksturom i bojom kamene fasade.

Slika 1. Fasada zgrade Turističke organizacije u Alu, Francuska (izvor http://www.epia.org)

Utvrđenje Doria u mestu Porto Venere u Liguriji u Italiji (slike 2 i 3). Utvrđenje pripada svetskoj baštini, potiče iz XII veka, a sada predstavlja gradski muzej. U okviru projekta PVACCEPT [5], u šest lučnih udubljenja na fasadi je instalirano ukupno 18 samosvetlećih solarnih „zastava“. Zastave su okačene na čelične žice zbog minimalnog uticaja na fasadu, a

građevinsko – arhitektonski fakultet u nišu nauka + praksa 12.1 / 2009

206

njihov raspored i oblik, posmatrano iz mesta pod utvrđenjem, daju iluziju rešetki na prozorima zatvorskih ćelija na najvišem spratu utvrđenja. Svaka solarna zastava se sastoji iz FV ćelija izvedenih u tehnologiji tankog filma, i LED osvetljenja. Pretvorena Sunčeva energija tokom dana se skladišti u bateriji, a noću se koristi da pruži ambijentalno osvetljenje za događaje u utvrđenju. Solarne zastave su postavljene aprila 2004.

Slika 2. Pogled na utvrđenje sa pozicijom solarnih zastava

(izvor http://www.pvaccept.de/eng/portovenere.htm)

Slika 3. Solarne zastave u utvrđenju Doria, Porto Venere,

Italija. (izvor http://www.pvaccept.de/eng/portovenere.htm) Dvorac Rotschildschloss u mestu Waidhofen,

Austrija (slika 4). U dvorcu se nalazi muzej „Pet elemenata“, a na vrhu tornja je instalirana staklena kutija, čiji je vrh izrađen od poluprovidnih FV panela. Metalna konstrukcija kutije se po boji slaže sa bojom kamena tornja. Dimenzije kutije nastavljaju proporciju dimenzija glavnog dela tornja i njegovog gornjeg dela, dok su uglovi kutije kolinearni sa uglovima na vrhu tornja i na prstenu koji je izbačen na prelazu između glavnog i gornjeg dela tornja.

Solarni ekran u gradu Linz, Austrija (slika 5). Laurent Mignonneau, Michael Shamiyeh i Christa Sommerer sa Univerziteta umetnosti i industrijskog dizajna u Lincu su tokom 2008. godine razvili tehnologiju solarnih piksela. Solarni piksel se sastoji od pokretnog elementa, pokrivenog FV ćelijama.

Slika 4. Dvorac Rotschildschloss u mestu Waidhofen, Austrija

(http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Waidhofen_Ybbs.Rothschildschloss.Palas_und_Bergfried_von_Nordwesten.JPG)

Efekat slike se dobija kada se različiti solarni pikseli nameste pod različitim uglovima, što posmatrano iz daljine stvara utisak različitih nijansi sive boje, pošto svaki solarni piksel može da predstavlja nivoe od bele do crne boje u zavisnosti od ugla pod kojim je nagnut.

Slika 5. Solarni ekran na fasadi u Lincu, Austrija

(izvor http://www.domusweb.it/upd_design/article.cfm?id=94&idtipo=3)

4. PREDLOG INSTALACIJE FV ĆELIJA NA JUŽNI ZID NIŠKE TVRĐAVE

U funkciji razvijanja svesti javnosti o potencijalu solarne energije u niškom regionu, predlažem posebnu instalaciju FV ćelija u tehnologiji tankog filma na južni zid niške Tvrđave (slika 6), dok bi se dobijena energija koristila za dekorativnu rasvetu unutar Tvrđave. Arhitektonski kvalitet zida Tvrđave čine granice između pojedinačnih kamenih blokova, kao i njihov kolorit. Radi uspešne arhitektonske integracije, pojedinačne FV ćelije treba da imaju dimenzije

građevinsko – arhitektonski fakultet u nišu nauka + praksa 12.1 / 2009

207

kamenog bloka ispred koga su postavljene, dok FV ćelije treba da budu obojene u nijanse sive boje bloka iznad koga se nalaze (ova tehnologija je razvijena u okviru projekta PVACCEPT [5]).

Ovaj zid se nalazi u jednoj od najprometnijih dnevnih pešačkih zona u Nišu. Pored FV sistema treba instalirati i semafor na kome će se prikazivati kumulativni podaci o generisanoj električnoj energiji: broj kWh generisanih u toku tekućeg dana, meseca, godine, kao i ukupan broj kWh sati generisanih u pret- hodnom danu, mesecu, godini. Podaci sa semafora, koji bi bili uporedivi sa potrošnjom električne energije prosečnog domaćinstva, imali bi veoma pozitivan uticaj na svest građana o solarnoj energiji.

5. ZAKLJUČAK FV ćelije su tehnološki dosta napredovale i

neophodno je da se arhitekte u većoj meri uključe u problem njihove kvalitetne arhitektonske integracije u objekte. Integracija FV ćelija u objekte kulturnog nasleđa, s jedne strane, predstavlja odličan način da se podigne svest javnosti o značaju i potencijalu solarne energije, dok s druge strane, predstavlja izuzetno zanimljiv kreativni problem zbog njihove zaštićenosti zakonom. U ovom radu je izloženo nekoliko primera takvih integracija i dat je predlog instalacije FV ćelija na južni zid Niške tvrđave, u jednoj od najprometnijih dnevnih pešačkih zona u Nišu.

Slika 6. Niška Tvrđava (izvor http://www.panoramio.com).

Literatura [1] Woyte, A., Design Issues of Photovoltaic Systems and their Grid Integration. PhD thesis, Faculteit Toegepaste Wetenschappen, Katholieke Universiteit Leuven, Leuven, 2003. [2] Reijenga T., What do architects need?, In: Proceedings of the IEA PVPS Task VII workshop, 11-12. februar 1999, EPFL, Lausanne. [3] Kovačić, B., Uvodni govor na konferenciji Resboat – Renewable heating and cooling Technologies, Beograd, 27. mart 2009. [4] Schoen, T.J.N., Building-integrated PV installations in the Netherlands: examples and operational experiences, , Solar Energy 70 (2001), 467-477. [5] PVACCEPT, http://www.pvaccept.de/eng/index.htm. [6] PV SUNRISE, http://www.pvsunrise.eu [7] SOLABS, http://www.solabs.net. [8] Munari Probst M.C., Roecker C., SOLABS Project deliverable D1.1: Specifications, criteria and user's wishes for architectural integration of solar collectors, EPFL, Lausanne, 2004. [9] Munari Probst, M.C., Roecker, C., Towards an improved architectural quality of building integrated solar thermal systems (BIST), Solar Energy 81 (2007), 1104-1116.