< Terug naar vorige pagina

Project

Inzicht in het gedrag van gebouw-geïntegreerde fotovoltaïsche gevels. Numerieke en experimentele analyse

Klimaatonderzoek heeft aangetoond dat antropogene CO2-emissies de voornaamste oorzaak zijn van de opwarming van de aarde. De hogere globale temperaturen die gepaard gaan met de opwarming van de aarde verstoren het lokale klimaat en de ecosystemen op een catastrofale manier. Om de opwarming van de aarde te beperken is een diepgaande transformatie van alle menselijke systemen noodzakelijk. Ook een ongekende toename van het gebruik van hernieuwbare energiebronnen is noodzakelijk om een klimaatneutrale samenleving te bereiken, en fotovoltaïsche systemen hebben reeds bewezen een geschikte hernieuwbare energiebron te zijn op zowel utiliteits- als gedistribueerde schaal. Een veelbelovende decentrale fotovoltaïsche toepassing is het concept van gebouwgeïntegreerde fotovoltaïsche (BIPV) gevels.

De beoordeling van BIPV-gevels is uitdagend vanwege hun multifysische en meerschalige karakter. BIPV-gevels vereisen de integratie van zowel fotovoltaïsche als bouwfysische aspecten op verschillende ruimtelijke schalen: meerdere fotovoltaïsche cellen vormen een BIPV-module; meerdere BIPV-modules vormen een BIPV-gevel; een BIPV-gevel maakt deel uit van een gebouw, dat op zijn beurt weer deel uitmaakt van een grotere gebouwde omgeving. Een specifiek aspect dat vanuit dit multifysische en meerschalige perspectief verdere aandacht verdient in de beoordeling van BIPV-gevels, is de representatie van warmtetransport en luchtstromingen rondom BIPV-gevels, inclusief spouwventilatie en de impact van wind. Bovendien is het huidige BIPV-onderzoek verspreid over de fotovoltaïsche en bouwfysische literatuur. Fotovoltaïsche onderzoek richt zich meestal op aspecten van energieconversie, terwijl bouwfysisch onderzoek zich richt op thermische, luchtstroom- en bouwfysische aspecten. Hierdoor zijn simulatie-instrumenten en specifieke richtlijnen voor de beoordeling van BIPV-gevels nog steeds schaars.

Het doel van dit proefschrift is vierledig: (1) het begrijpen en beschrijven van het gedrag van BIPV-gevels vanuit een geïntegreerd perspectief, rekening houdend met hun multifysische en meerschalige karakter; (2) het kwantificeren van windeffecten op BIPV-gevels en het verbeteren van de voorspelling van windeffecten voor de beoordeling van BIPV-gevels; (3) het vergroten van de kennis omtrent natuurlijke spouwventilatie in BIPV-gevels; (4) het doen van aanbevelingen voor de beoordeling en het ontwerp van BIPV-gevels. Om deze doelstellingen te bereiken wordt in dit werk uitgebreid gebruik gemaakt van numerieke en experimentele methoden, inclusief analyse van velddata.

Dit proefschrift biedt een set van instrumenten en kaders voor de beoordeling van BIPV-gevels. Het proefschrift begint met de ontwikkeling van multifysische BIPV-modellen met verschillende graden van complexiteit. De modellen worden vergeleken met elkaar, en met experimentele data. Vervolgens wordt een probabilistische sensitiviteitsanalyse uitgevoerd om de belangrijkste parameters te identificeren die de BIPV-prestaties beïnvloeden. Twee belangrijke parameters zijn geïdentificeerd en diepgaand onderzocht; convectieve warmteoverdracht aan de buitenzijde en ventilatie van de spouw. Vervolgens worden inzichten in de werkelijke prestaties van BIPV-gevels verkregen door een uitgebreide analyse van de veldgegevens. Daarnaast worden vereenvoudigde empirische temperatuurcorrelaties afgeleid uit de veldgegevens, die nuttig zijn voor de snelle beoordeling van BIPV-gevels. Aanvullende simulaties geven informatie over de prestaties van BIPV-gevels voor verschillende locaties in de wereld met uiteenlopende klimatologische omstandigheden. Tot slot worden de bevindingen van dit werk gedistilleerd tot algemene aanbevelingen voor de beoordeling en het ontwerp van BIPV-gevels. De ervaring met experimentele BIPV-opstellingen en veldgegevensanalyse wordt ook vertaald in praktische aanbevelingen voor het ontwerp van experimentele BIPV-opstellingen.

Datum:28 aug 2017 →  23 mrt 2021
Trefwoorden:Solar Energy, Buildings, Renewable Energy, Building integrated photovoltaic
Disciplines:Zonne-energie, Bouwfysica, Energie in gebouwen en gebouwde omgevingen
Project type:PhD project