1

บทท 1

การออกแบบอาคารผสานเซลลแสงอาทตย (Building Integrated Photovoltaic: BIPV) 1.1 พลงงานแสงอาทตยและเซลลแสงอาทตย

พลงงานแสงอาทตยนนนบเปนแหลงพลงงานทดแทนทลนเหลอทสด ไมลดนอยลง และเปนพลงงานสะอาด (Parida, Iniyan, และ Goic, 2011) พลงงานทสงมาจากดวงอาทตยตกกระทบผวเปลอกโลกนนมปรมาณเฉลยสงถง 90,000 - 120,000 terawatts ซงเปนปรมาณทมากกวาความตองการใชพลงงานของทงโลกถงมากกวา 7,000 เทา (Blankenship, และคนอนๆ, 2011; Botkin และ Keller, 2011) ประเทศไทยเปนประเทศทตงอยใกลเสนศนยสตรและมศกยภาพในการผลตพลงงานไฟฟาจากรงสดวงอาทตยสง โดยพบวาประเทศไทยมระดบของความเขมรงสดวงอาทตยเฉลยทงปสงถง 18.2 MJ/ตารางเมตร-วน หรอ 4-5 kW/ชวโมง/ตารางเมตร (กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน, n.d.; ชวะเกต, 2000) และมระดบของความเขมรงสดวงอาทตยสงสดเฉลยระหวางเดอน เมษายน - พฤษภาคม สงถง 20 - 24 MJ/ตารางเมตร-วน (กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน, n.d.) พลงงานจากรงสดวงอาทตยดงกลาวสามารถนามาใชประโยชนในรปแบบตางๆ รวมถงการผลตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตย (Photovoltaic)

1.2 เซลลแสงอาทตย (Photovoltaic)

เซลลแสงอาทตย (Photovoltaic: PV) คออปกรณทใชเปลยนรงสดวงอาทตยเปนพลงงานไฟฟากระแสตรง (Direct Current: DC) ไดโดยตรง อปกรณดงกลาวผลตขนมาจาก สารกงตวนา (Semiconductor) เชน Silicon เปนตน โดยมหลกการทางานคอ เมอมรงสดวงอาทตยมากระทบกบเซลลแสงอาทตย จะสงผลใหเกดกระบวนการสองขนตอนทตอเนองกน ดงทแสดงไวใน รปท 1 คอ กระบวนการดดซบรงส โดยวสดทเปน Semiconductor จะดดซบพลงงานจากรงสอาทตย ทงทเปนแสง และรงสทอยในชวงความยาวคลน Infrared ไว และ กระบวนการกระจายพลงงาน ทดดซบไวกระตนให Electron ในสาร Semiconductor หลดออกจากวงโคจรและเคลอนทอยางอสระ การเคลอนทหรอการไหลของ Electron นนกคอการไหลของกระแสไฟฟา เมอนาหนาสมผสทเปนโลหะตดตงทผวของเซลลแสงอาทตย จะสามารถนากระแสไฟฟามาใชงานได (กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน, n.d.; Lau, 2015) เซลลแสงอาทตย เปนแหลงพลงงานทมการเตบโตสงทสดในโลก โดยมอตราการเพมขนของกาลงการผลตพลงงานประมาณ 35% ตอป นอกจากนนเทคโนโลยเซลลแสงอาทตยยงมการพฒนาไปอยางรวดเรวอกดวย จากประสทธภาพการสรางพลงงานจากรงสอาทตย 1-2% ของเทคโนโลยเซลลแสงอาทตยทมทวไปขายในทองตลาดเมอสอง-สามทศวรรษทผานมา พฒนาเปนถงเกอบ 20% ในปจจบน (Botkin และ Keller, 2011)

การสรางพลงงานไฟฟาจากรงสดวงอาทตยดวยเซลลแสงอาทตยนนมองคประกอบหลายอยาง ไดแก แผงเซลลแสงอาทตย การเชอมตอทางเครองกลและระบบไฟฟา อปกรณ/รางยด รวมถงอปกรณทใชควบคมกระแสไฟฟาทเปนผลผลตของระบบ (Parida, Iniyan, และ Goic, 2011) ขนาดของกาลงการผลตพลงงานไฟฟาของระบบ PV คอ kWp (Kilowatt Peak) ซงหมายถง กาลงไฟฟาสงสด (Peak Power) ทคาดวาจะไดรบจากระบบ PV เมอดวงอาทตยอยในตาแหนงตงฉากตรงกบแผงเซลลแสงอาทตยในวนททองฟาแจมใส กาลงไฟฟาสงสดนนสมพนธถง คากาลงไฟฟาทไดรบจรง/คากาลงเฉลย (Nominal Power) อนเปนขอมลมาตรฐานทผผลตเซลลแสงอาทตยระบไวบนผลตภณฑ (Nameplate Capacity) ซงขอมลเหลานเปนคาท

2

ไดรบในการตรวจวดทอยในสงแวดลอมทเปนอดมคต ยากทจะเปนจรง ในความเปนจรง กาลงไฟฟาทไดรบจากระบบ PV นนจะมคานอยกวาทถกระบไวประมาณ 15-20 % (Solar-is-Future.com, 2016)

รปท 1 กระบวนการสรางพลงงานไฟฟาของเซลลแสงอาทตย (Lau, 2015)

รปท 2 หนวยยอยของเซลลแสงอาทตย ประกอบกนจนเปนแผงเซลลแสงอาทตย (Lau, 2015)

1.3 วสดเซลลแสงอาทตย (Photovoltaic Materials) เซลลแสงอาทตยจะสามารถเปลยนรงสดวงอาทตยเปนพลงงานไฟฟา ตอเมอมรงสดวงอาทตยมากระทบ

กบ วสดดดซบแสง (Light Absorbing Materials) (Parida, Iniyan, และ Goic, 2011) ทถกตดตงอยในเซลลแสงอาทตย อนไดแก

3

ซลคอนรปผลก (Crystallized Silicon) ซงมทงชนดผลกเดยว(Single Crystalline Silicon / Monocrystalline Silicon: mono-Si) ทมความบรสทธสง และมประสทธภาพในการเปลยนแสงอาทตย ใหเปนไฟฟาไดประมาณ 15-20% และถอวาเปนเซลลแสงอาทตยทมประสทธภาพการผลตไฟฟาตอหนวยพนทสง (Space Efficient) โดยเซลลแสงอาทตยชนดนสามารถผลตไฟฟามากเปนสเทาของเซลลแสงอาทตยแบบแผนบาง (Thin Film Solar Panels) เซลลแสงอาทตย mono-Si นมอายการใชงานและคงประสทธภาพยาวนาน นอกจากนนยงมประสทธภาพในสถานททมอากาศรอนและสภาพแสงนอยทดอกดวย แตราคาเซลลแสงอาทตยแบบนมราคาแพง เนองจาก Crystalline Silicon เปนสวนประกอบสาคญของอตสาหกรรมอเลคทรอนกส จงมคณคาเพม (Value Added) ทสงกวา เมอเปรยบเทยบกบการนามาผลตเซลลแสงอาทตย นอกจากนนกรรมวธในการผลตเซลลแสงอาทตยจาก Crystalline Silicon ทจะตองนามาเลอยใหเปนแผน (Wafer) บางๆ จงทาใหเกดการสญเสย ในลกษณะขเลอยไปไมนอยกวาครง ในการตดตงเพอใชงานควรระมดระวงไมใหสวนใดสวนหนงของแผน (Panel) โดนบงแสง (partially covered with shade) เพราะอาจทาใหระบบเสยหายได (ชวะเกต, 2000; Parida, Iniyan, & Goic, 2011; Maehlum, Which Solar Panel Type is Best? Mono- vs. Polycrystalline vs. Thin Film, 2015) ขอด ประสทธภาพสง (15-20%) ประสทธภาพการผลตไฟฟาตอหนวยพนทสง ประสทธภาพ

การผลตไฟฟาตอสภาพแสงนอยสงเหมาะในการใชงานในภมอากาศรอนอายการใชงานยาวนาน (25-30 ป)

ขอเสย แพง สญเสยวสดเปนขยะมาก ตองระมดระวงในการตดตงและการดแลรกษา

ซลคอนผลกรวม (Polycrystalline Silicon: p-Si / Multi-crystalline Silicon: mc-Si) ซงมวธการผลตดวยการเทซลคอนหลอมเหลวลงสแมพมพ ทาใหเซลลแสงอาทตยชนดนเปนแผนสเหลยมทสมบรณ ไมมเศษซลคอนใหเหลอทงเปนขยะ สงผลใหมราคาทถกกวาประเภท mono-Si แตเซลลแสงอาทตย p-Si/mc-Si นมประสทธภาพในการผลตไฟฟาทนอยกวา คอ 13-17% เนองจากเซลลมความบรสทธของซลคอนทนอยกวา สงผลใหมประสทธภาพการผลตไฟฟาตอหนวยพนทนนตากวาเซลลแสงอาทตย p-Si อกดวย (Khan, 2014; Maehlum, Which Solar Panel Type is Best? Mono- vs. Polycrystalline vs. Thin Film, 2015) ขอด ราคาถกกวา mono-Si ไดรบความนยมสง หาซองาย สญเสยวสดเปนขยะนอย ขอเสย ประสทธภาพตากวา mono-Si (13-17%) ประสทธภาพลดลงเมอตดตงในบรเวณทม

อณหภมสง

ซลคอนทไมเปนผลก(Amorphous silicon: a-Si) ซงเปนประเภทรอง (subcategory) ของเทคโนโลยเซลลแสงอาทตยแบบแผนบาง (Thin-film) ทไดรบความนยมมากทสด โดยมประสทธภาพ 5-7% และประสทธภาพเพมเปน 8-10% ในประเภท Double และ Triple Junctionหรอเรยกวา Stacking โดย Amorphous Silicon นสามารถเคลอบลงแผนกระจกหรอแผนโลหะ ทาใหดดโคงงอในสวนทเปนวสดอาคารได แตวสดซบแสงชนดนมจดดอยทสาคญคอมการเสอมสภาพทเรวกวา Crystalline Silicon (ชวะเกต, 2000; Parida, Iniyan, และ Goic, 2011) เซลลแสงอาทตยประเภทนใชซลคอนปรมาณเพยง 1% ทใชผลตเซลลแสงอาทตยซลคอนแบบอน แตการ Stacking นนมตนทนการผลตสง (Maehlum, Which Solar Panel Type is Best? Mono- vs. Polycrystalline vs. Thin Film, 2015) ขอด และ ขอเสย ดใน เซลลแสงอาทตยแผนบาง (Thin Film Photovoltaic Cells: TFPV)

4

Cadmium Telluride (CdTe) และ Cadmium Sulphide (CdS) เซลลแสงอาทตยชนด CdTe/CdS นนเปนประเภทรอง (Subcategory) ของเทคโนโลยเซลลแสงอาทตยแบบแผนบาง (Thin-film) มความสามารถสงมากในการดดซบพลงงานแสงอาทตยและปลอยอเลคตรอน ดวยความหนาของเซลลแสงอาทตยชนดนเพยง 3 ไมครอน นนมประสทธภาพในการผลตกระแสไฟฟาสงถง 15% หรอมากกวา (Muller R' A', 2012; Clover, First Solar raises bas for CdTe with 21.5% efficiency record, 2015) และมประสทธภาพในการผลตไฟฟาปกตท 9-11% (Khan, 2014) ขอด และ ขอเสย ดใน เซลลแสงอาทตยแผนบาง (Thin Film Photovoltaic Cells: TFPV)

Copper Indium Gallium Selenide (CIGS/CIS) เซลลแสงอาทตยชนด CIGS/CIS นนเปนประเภทรอง (Subcategory) ของเทคโนโลยเซลลแสงอาทตยแบบแผนบาง (Thin-film) อกหนงประเภททมวสดซบแสงเปนสารประกอบของ Copper, Indium, Gallium และ Selenide ฉาบลงบนวสดแผนเรยบเชน พลาสตกหรอกระจก ทประกอบดวย Anode และ Cathode (Electrodes) ซงเซลลแสงอาทตยชนด CIGS/CIS นมประสทธภาพเฉลยท 11-14% ขอด และ ขอเสย ดใน เซลลแสงอาทตยแผนบาง (Thin Film Photovoltaic Cells: TFPV)

เซลลแสงอาทตยแผนบาง (Thin Film Photovoltaic Cells: TFPV) เซลลแสงอาทตยชนดนเปนการผสานชนบางๆ ของวสดซบแสงจานวนอยางนอยหนงชนหรอมากกวาบนพนผว (Substrate) ตางๆ โดยวสดซบแสงทใชผลต TFPV นนไดแก Amorphous silicon (a-Si),Cadmium Telluride / Cadmium Sulphide (CdTe/CdS)และCopper Indium Gallium Selenide (CIGS/CIS) โดยมรายละเอยดดานเทคนค และการเปรยบเทยบขอด/ขอเสย ดงรายละเอยดใน ตารางท 1

ตารางท 1 ตารางเปรยบเทยบคณสมบตวสดซบแสงในเทคโนโลยเซลลแสงอาทตยแผนบาง (Clover, First Solar raises bas for CdTe with 21.5% efficiency record, 2015; Maehlum, Best Thin

Film Solar Panels - Amorphous, Cadmium Telluride or CIGS?, 2015)

คณสมบต a-Si CdTe/CdS CIGS/CIS

ประสทธภาพ

สงสด (ในหองทดลอง)

13.4% 21.5% 20.4%

ประสทธภาพสงสด

8.1% 14.4% 14.5%

5

คณสมบต a-Si CdTe/CdS CIGS/CIS

(ในการใชงานจรง)

สวนแบงการตลาด

32% 43% 25%

ขอด เปนเทคโนโลยทพฒนามานาน เจรญเตมท เหมาะสมในการใชงานกบอปกรณขนาดเลก

ตนทนการผลตตา ประสทธภาพสง เหมาะสมในการใชงานรวมกบพนผวกระจกและวสดอาคารทดดโคง

ขอเสย ประสทธภาพตา และมตนทนอปกรณอนๆแพง

ประสทธภาพปานกลาง และมสวนประกอบคอ Cadmium ทเปนพษรายแรง

มราคาแพง และมสวนประกอบทมแนวโนมทจะขาดแคลนในอนาคต คอ Indium (Muller R. A., 2012)

การนาเซลลแสงอาทตยมาใชผลตพลงงานไฟฟาเพอใชในอาคารนนมสองประเภท ไดแก ประเภทแผง

เซลลแสงอาทตยตดตงเขากบรางยด (Rack-mounted PV systems) ซงเปนประเภททไดรบความนยมสงทสด และ ประเภทการผสานเซลลแสงอาทตยเขากบวสดอาคาร (Building Integrated Photovoltaic: BIPV) ซงยงมจานวนนอยในปจจบนแตมการอตราการเตบโตสง โดยคาดการณวาจะมการตดตงเซลลแสงอาทตยแบบ BIPV เปนปรมาณสงถง 1.15 GW ทวโลกในป ค.ศ.2019 ซงเตบโตจากปรมาณ การตดตง 343.1 MW ในป ค.ศ.2012 (James, Goodrich, Woodhouse, Margolis, และ Ong, 2011; Clover, BIPV sector to reach 1.15 GW by 2019, says report, 2014)

รปท 3 ผงเสนเวลาแสดงถง ประสทธภาพสงสดของเทคโนโลยเซลลแสงอาทตยประเภทตางๆ จากการทดลองและมการบนทก (The National Center for Photovoltaics, 2016)

6

1.4 อาคารผสานเซลลแสงอาทตย (Building Integrated Photovoltaic: BIPV) การนาเซลลแสงอาทตยมาใชผลตพลงงานไฟฟาเพอใชในอาคาร ประเภท อาคารผสานเซลล

แสงอาทตยเขากบวสดอาคาร (Building Integrated Photovoltaic: BIPV) นนหมายถงการนาแผงเซลลแสงอาทตย (PV module) มาผลต/ตดตง เพอทดแทน/เปนสวนหนง/เปนชนงานเดยวกนกบวสดอาคาร เชน กระเบองหลงคา อปกรณบงแดด กระจกในชองเปดอาคารหรอ Skylight และสวนหนาอาคาร (Façade) เปนตน โดยยงคงรกษาคณสมบตในการผลตกระแสไฟฟาไดอยางครบถวน (Strong, 2011; Hall, 2014; Yang, 2015) ขอไดเปรยบของ BIPV ทมเหนอ Rack-mounted PV systems คอ BIPV นนถกผสานเขาไปอยางกลมกลนเปนสวนหนงกบอาคาร สามารถทจะกอสรางใหกลมกลนไปกบการออกแบบอาคารโดยไมเปนสวนเพมหรอสวนเกนดานองคประกอบทางสถาปตยกรรม (Hall, 2014) นอกจากนน BIPV ซงใชแผงเซลลแสงอาทตยตดตงทดแทนวสดกอสรางอาคารปกต ทาใหลดการใชวสดกอสรางและมตนทนในการตดตงนอยกวาแผงเซลลแสงอาทตยตดตงเขากบรางยด (Rack-mounted PV systems) เปนการลดตนทนทงทางดานแรงงาน ทงทางวสดกอสราง ไดพลงงานสะอาดทไมมวนหมดมาใชในอาคาร และเปนการใชพลงงานไฟฟาไดเตมประสทธภาพเนองจากไดใชไฟฟาใกลกบระบบสรางไฟฟา มการสญเสยพลงงานตามากเมอเทยบในระบบสายสงไฟฟาทมการสญเสยพลงงานสงถง 6% (IEA Statistics, 2014) รวมถงยงเปนการลดความตองการใชไฟฟาสงสด (Peak Load) ของอาคารไดอกดวย (Peng, Huang, และ Wu, 2011; Strong, 2011; Jelle, Breivik, และ Røkenes, 2012)

ระบบ BIPV ทสมบรณนนมองคประกอบดงตอไปน (Strong, 2011)

รปท 4 แผนภาพระบบ BIPV (Strong, 2011)

(a) ผลตภณฑ BIPV หรอ แผงเซลลแสงอาทตย (PV Modules) ซงมหลากหลายรปแบบและหลากหลายวสดซบแสง ดงรายละเอยดในหวขอท 1.3

(b) สวนควบคมกระแสไฟฟาเขา-ออกระบบ (Charger Controller) ทาหนาทจดการปรมาณและทศทางกระแสไฟฟา ถาเปนระบบ BIPV แบบแยกสวนอสระจากระบบสายสง (Stand-alone) อปกรณนจะทาหนาทควบคมกระแสไฟฟาเขาสและออกจากแบตเตอร

(c) ระบบเกบประจไฟฟา (Power Storage Systems) หรอคอแบตเตอรในระบบ Stand-alone

7

(d) อปกรณแปลงชนดกระแสไฟฟา (Power Conversion Equipment) ซงเปนสงสาคญในระบบ BIPV โดยเปนทรจกกนทวไปในชออปกรณ Inverter

(e) อปกรณสรางพลงงานสารอง เชน เครองกาเนดไฟฟาจากนามนดเซล (Diesel Generators) เปนตน

(f) อปกรณรางยดแผงเซลลแสงอาทตย สายไฟฟา และอปกรณประกอบเพอความปลอดภยอนๆ ปจจบนมการนาเซลลแสงอาทตยมาใชผลตพลงงานไฟฟาเพอใชงานภาคอาคารในหลายรปแบบ (White,

2015) ไดแก 1) แบบเชอมตอระบบสายสงไฟฟา (Grid-tied หรอ Utility-interactive PV Systems) ซงระบบ PV

แบบนเปนวธการทไดรบความนยมมากทสด

รปท 5 ตวอยางแผนภาพ (Diagram) ระบบ Grid Connected BIPV Systems (Coonen, 2007)

รปท 6 ตวอยางแผนภาพ (Diagram) ระบบ Grid Connected BIPV Systems (STS Solar Photovoltaic Projects, 2016)

8

2) แบบแยกสวนอสระจากระบบสายสง (Off-grid หรอ Stand-alone หรอ Battery-based PV Systems) นยมใชในอาคารทตงอยหางไกลจากระบบสายสงไฟฟา ซงอาจเปนระบบทใชการสรางพลงงานไฟฟาจากแสงอาทตยเพยงอยางเดยว หรอใชการสรางพลงงานไฟฟาแบบผสมผสาน (Hybrid System) จากแหลงพลงงานทดแทนอนๆ เชน พลงงานจากกงหนลม (Wind Turbine) พลงงานจากกงหนนา (Small Hydroelectric Turbine) เปนตน กบการสรางพลงงานไฟฟาจากเครองกาเนดไฟฟา (Generator)

รปท 7 ตวอยางแผนภาพ (Diagram) ระบบ Off-grid หรอ Stand-alone Systems (White, 2015)

รปท 8 ตวอยางแผนภาพ (Diagram) ระบบ Off-grid หรอ Stand-alone Systems (STS Solar Photovoltaic Projects, 2016)

9

3) แบบผสมการเชอมตอระบบสายสงไฟฟาและใชแบตเตอรสารอง (Grid-tied-battery-backup หรอ Multimodal PV Systems)

รปท 9 ตวอยางแผนภาพ (Diagram) ระบบ Multimodal PV Systems ทเปนการสรางพลงงานไฟฟาแบบผสมผสาน (Hybrid System) (White, 2015)

1.5 ประเภทของผลตภณฑ BIPV

คณสมบตของผลตภณฑ BIPV ซงเปนขอมลทางเทคนคทถกระบโดยผผลต ทผออกแบบอาคารจาเปนตองทราบนนนนมดงน (Jelle, Breivik, และ Røkenes, 2012)

ประสทธภาพของเซลลแสงอาทตย (Solar Cell Efficiency) () โดย = Pmax/(EA) Pmax คอ กาลงสงสดในการผลตพลงงาน มหนวยเปน W หรอ Watt-peak E คอ รงสอาทตยทตกกระทบเซลลแสงอาทตย มหนวยเปน W/m2 A คอ พนทผวเซลลแสงอาทตย มหนวยเปน m2

Open circuit potential or voltage, Uoc

Short circuit electrical current, Isc

Maximum power point, Pmax – (UI)max

Fill factor (FF) = Pmax /(UocIsc) = (UI) max/UocIsc)

Band gap, Eg

Quantum yield, = จานวน photo-electrons/จานวน photons

10

การนาแผงเซลลแสงอาทตย (PV module) มาตดตงเพอทดแทนเปนวสด ผสานเปนอนหนงอนเดยวกบอาคาร หรอทเรยกวา ผลตภณฑ BIPV (BIPV Products) นนม 4 ประเภท (Jelle, Breivik, และ Røkenes, 2012) ไดแก

1) เซลลแสงอาทตยประเภทแผนบาง (BIPV Foil Products) เซลลแสงอาทตยประเภท Foil น มคณสมบตเฉพาะคอ มนาหนกเบา ยดหยนได สามารถตดตงบน

พนผวทมรปทรงซบซอนและมขอจากดดานโครงสรางในการรบนาหนกไดสะดวก สวนใหญเปนเซลลแสงอาทตยชนดเซลลแสงอาทตยแผนบาง (Thin Film Photovoltaic Cells: TFPV) ซงทาให PV ประเภทนสามารถรกษาประสทธภาพในการผลตพลงงานไฟฟาไดด เมอนาไปตดตงบนพนผวทมการระบายอากาศไมดและมอณหภมสง แตพบวาเซลลแสงอาทตยประเภทนมขอจากดทจะเลอกมาใชเปนองคประกอบอาคาร ไดแก มคณสมบต Fill Factor ตา เนองจากมประสทธภาพตาและมความตานทานในเซลลสงเนองจากสวนใหญผลตจากวสด Amorphous Silicon และมจานวนผลตภณฑในตลาดนอย

รปท 10 ตวอยางเซลลแสงอาทตยประเภท Foil (Infinity PV, 2016)

2) เซลลแสงอาทตยประเภทกระเบองหลงคา (BIPV Tile Products) ผออกแบบสามารถเลอกใชเซลลแสงอาทตยประเภทกระเบองหลงคา (BIPV Tiles) เพอทดแทน

กระเบองหลงคาปกตไดทงผนหลงคา หรอจะเลอกตดตง BIPV Tiles เพยงบางสวนของผนหลงคา เพราะผลตภณฑ BIPV ประเภทนถกออกแบบและผลตใหมมตและรปลกษณทคลายคลงสอดคลองกบวสดหลงคาทวไป แตดวยเหตนทาใหประสทธภาพในการผลตพลงงานไฟฟาของ BIPV Tiles มกไมเปนไปตามเอกสารจากผผลต แมวาจะผลตดวยวสดซบแสงทมประสทธภาพสงกตาม เนองจากขอจากดทจะตองผลต BIPV Tiles ใหมลกษณะเปนลอนกระเบองททาใหวสดไมสามารถรบรงสอาทตยไดเตมท และผลตภณฑ BIPV Tiles นนมกมราคาแพง ทงราคาวสด และราคาคาแรงในการตดตงระบบ

11

รปท 11 ตวอยางเซลลแสงอาทตยประเภท BIPV Tiles (The Green Energy Society, n.d.)

3) เซลลแสงอาทตยประเภทแผง (BIPV Module Products) ผลตภณฑ BIPV ประเภทนมความคลายคลงกบแผงโซลาเซลลทวไป แต BIPV Modules จะม

คณสมบตทสามารถนามาตดตงทดแทนวสดอาคาร ไมวาจะเปนผนง หรอหลงคาอาคาร BIPV Modules นนมประสทธภาพในการผลตพลงงานไฟฟาสง (12% - 20%) (Jelle, Breivik, และ Røkenes, 2012) แตมขอจากดสาคญคอ ระบบยดกบอาคารทตองมความแขงแรงและถกออกแบบใหกลมกลนเปนอนหนงอนเดยวกบรปลกษณอาคาร

รปท 12 ตวอยางเซลลแสงอาทตยประเภท BIPV Modules (PV System Expo, 2015)

12

4) เซลลแสงอาทตยประเภทกระจกใส (Solar Cell Glazing Products) เซลลแสงอาทตยประเภทกระจกใสนสามารถใชงานไดหลากหลาย เชน การใชเปนวสดทดแทน

กระจกสาหรบหนาตาง ผนงกระจกทงแบบผนงแนวตงหรอเอยง หรอสาหรบหลงคา Skylight ผลตภณฑ BIPV ประเภทนมหลากหลายทางเลอกใหผออกแบบอาคารสามารถเลอกใชใหเหมาะสมกบงานออกแบบ เชน ส และระดบความโปรงใส

วธการผลตเซลลแสงอาทตยประเภทกระจกใสคอ ผผลตพนสารซบแสง ซงมหลากหลายชนดเชน Monocrystalline / Polycrystalline / Amorphous Silicon ลงบนวสดกระจก โดยผลตภณฑบางชนดจะมความทบของวสดซบแสงมาก แตจะมการเวนระยะระหวางเซลลใหแสงสองผานได บางชนดจะมความโปรงแสงอยในเนอของวสดซบแสงซงทาใหไมจาเปนตองมชองวางภายในแผนเซลลแสงอาทตย ผลตภณฑเซลลแสงอาทตยประเภทกระจกใสจะมความโปรงใส ตงแต 16% - 41% และมประสทธภาพในการผลตพลงงานไฟฟา ตงแต 5% - 22% (Jelle, Breivik, และ Røkenes, 2012)

รปท 13 ตวอยางเซลลแสงอาทตยประเภทกระจกใส (Onyx Solar, 2016)

1.6 หลกแนวคดสาคญในการออกแบบอาคารผสานเซลลแสงอาทตย การออกแบบระบบ BIPV นนมองคประกอบ อปกรณ และองคความรหลายดานเขามาเกยวของ และท

สาคญคอผออกแบบจะตองพจารณาความคมคาของการลงทนตลอดชวชวตอาคาร (Building Life-cycle Cost) มใชพจารณาแตเพยงงบประมาณการลงทนเบองตน เนองจากการตอบแทนจากระบบ BIPV นนตองใชเวลา ทงทางดานการผลตพลงงานใหกบอาคาร ทางดานการอนรกษทรพยากรธรรมชาตและสงแวดลอม รวมถงทางดานการลดการปลอยกาซเรอนกระจก โดยหลกแนวคดสาคญในการออกแบบอาคารผสานเซลลแสงอาทตยนนมดงตอไปน (Strong, 2011)

ตองมการพจารณาอยางรอบคอบในการประยกตใชการออกแบบทใสใจดานพลงงาน และการใชมาตรการดานพลงงานอยางมประสทธภาพ เพอลดความตองการใชเพลงงานของอาคาร ซงจะชวยเพมการสรางภาวะนาสบายใหแกผใชอาคาร และสรางความประหยดตนทนดานพลงงาน ซงการใชงานระบบ BIPV จะเปนสวนเตมเตม ทจะทาใหอาคารลดภาระการใชพลงงานจากระบบสายสงไฟฟา

13

ตองมการเลอกใชระบบ BIPV ใหเหมาะสมกบอาคาร ไดแก แบบเชอมตอระบบสายสงไฟฟา (Grid-tied หรอ Utility-interactive PV Systems) หรอ แบบแยกสวนอสระจากระบบสายสง (Off-grid หรอ Stand-alone หรอ Battery-based PV Systems)

ตองมการลดปรมาณการใชพลงงานสงสดของอาคาร (Peak Load) ดวยการใชประโยชนจากวธการออกแบบองธรรมชาต (Passive Design) และออกแบบระบบ BIPV ใหสามารถสรางพลงงานไฟฟาใหสอดคลองกบรปแบบ Peak Load ของอาคาร เนองจากราคาคาไฟฟาในชวงเวลานจะมราคาแพง และระบบ BIPV ควรทาหนาทเสมอนเปน UPS (Uninterruptible Power System) คอ เปนเครองสารองไฟฟาและปรบแรงดนไฟฟาอตโนมตใหกบอาคาร

ตองจดใหมการระบายอากาศสาหรบระบบ BIPV ใหเพยงพอ เนองจากประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยจะลดลงเมออณหภมของเซลลสงขน โดยเฉพาะเซลลแสงอาทตยประเภท Crystalline Silicon

ควรพจารณาใชระบบ BIPV แบบโปรงแสง เนองจากสามารถใชประโยชนในการสรางพลงงานไฟฟารวมกบการใชแสงธรรมชาตไดในเวลาเดยวกน เชนการเลอกใชเซลลแสงอาทตย Thin-film แบบโปรงแสง หรอ เซลลแสงอาทตย Crystalline Silicon ทมชองวางกระจกโปรงใสระหวางเซลล เปนตน

ควรพจารณาออกแบบใหมการผสานเซลลแสงอาทตยเขากบอปกรณบงแดด เปนการใชประโยชนจากอปกรณชนเดยวกนใหเกดประโยชนดานการสรางพลงงานไฟฟา และการสงเสรมการสรางภาวะนาสบายใหกบอาคารโดยวธธรรมชาต ไดในเวลาเดยวกน

ตองคานงถงสภาพภมอากาศ และสงแวดลอมในทองถน อนเปนตวแปรสาคญทมอทธพลตอประสทธภาพของระบบ BIPV โดยตรง โดยจาเปนตองคานงถงองคประกอบเหลาน

พนผวอนๆ เชน พนคอนกรต ทสะทอนแสงอาทตยเขาสระบบ BIPV ซงจะสามารถเพมปรมาณการสรางพลงงานของระบบได

แผงเซลลแสงอาทตย ตองทนตอแรงลมได ตองไลนาฝนบนผวหนาออกไปไดอยางรวดเรว และตองมมาตรการทาความสะอาดระบบ BIPV ทเหมาะสม

ตองออกแบบระบบ BIPV ใหสอดคลองกบทศทางดวงอาทตย เพอใหระบบรบรงสอาทตยอยางเตมท และตองไมใหเกดการบงเงาจากสงตางๆ ทจะเปนอปสรรคขวางไมใหรงสอาทตยตกกระทบสระบบ BIPV โดยเฉพาะในชวงเวลาทแดดจดทสด คอ ตงแต 9.00 น. ถง 15.00 น. และระบบ BIPV ควรมการเอยงเพอรบรงสอาทตยอยางเหมาะสม พบวา แผงเซลลแสงอาทตยทมการตดตงในมมเอยงจากแนวราบทเหมาะสม สามารถสรางพลงงานไฟฟาไดมากกวาแผงเซลลแสงอาทตยทตดตงทดแทนวสดผนงแนวดง (Vertical Façade

90 จากแนวราบ) มากถง 50% - 70% (Strong, 2011)

ควรมทปรกษาและเลอกใชงานผออกแบบระบบ BIPV ทมความชานาญ 1.7 ขอจากดและความเสยงดานเทคนค ในการใชงาน BIPV (Technical barriers and risks in the application of BIPV)

Yang (2014) ไดศกษาเพอชถง ขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV ในวงจรชวตของอาคาร ตงแตในขนตอนการออกแบบ (Barriers related to design stage) ขนตอนการตดตงระบบ BIPV (Barriers related to installation stage) ขนตอนการสงมอบอาคาร (Barriers related to commissioning stage) และขนตอนการใชงานอาคาร (Barriers related to operation stage) นอกเหนอจากนน Yang ยงไดเสนอถงวธการทาง hardware และ software (proposing possible

14

hardware and software solutions) เพอขจดขอจากดและความเสยงดานเทคนคดงกลาวอกดวย (Yang, 2015)

วธดาเนนการศกษาน แบงออกเปน 4 ขนตอน ไดแก (1) การคนหาขอมลทเกยวของในฐานขอมลตางๆ (A comprehensive database search) ซง

ประกอบดวย Science Direct, Scopus, Ebsco Host และ Google เพอ สบคนรายนามเอกสารตพมพทางวชาการ ทเกยวของกบขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV ในชวงระยะเวลา 5 ปทผานมา และพบวามเอกสารตพมพทางวชาการจานวน 224 ฉบบ และเอกสารตพมพทวไปอก 38 ฉบบ ทเกยวของกบหวขอการศกษา

(2) ผวจยไดดาเนนการสบคนหาเอกสารตพมพทไดรบการจดอนดบใหเปน top-ranked construction journals จากเอกสารตพมพทงหมดในขนตอนท 1 และได พบวาไมมเอกสารตพมพใดเลย ท มจดมงหมาย/มงเนน เพอตรวจสอบหาความจรง ในประเดนขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV ผวจยจงสรปวา ประเดนนเปนชองวางของการวจย ในสาขาการนา BIPV มาใชในอาคารและงานกอสราง

(3) ผวจยไดนาเอกสารตพมพทคนพบในขนตอนท 1 มาดาเนนการทบทวนวรรณกรรม และไดจดหมวดหมแบงออกเปน เอกสารตพมพทไมเกยวของ และเอกสารตพมพทเกยวของ และสามารถจดประเภทของเอกสารตพมพทงหมดออกไดเปน 3 ประเภท ไดแก technical simulations (เชนประเดนดาน control systems หรอ alternative storage), project simulations (เชนประเดนดาน economic modeling หรอ PV penetration) และ operational experience (เชนประเดนเรองกรณศกษา สมรรถนะ และการถอดบทเรยน (lesson learnt)) จากกระบวนการในขนตอนนพบวา คนพบประเดนขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV จานวน 17 ประเดน และ สามารถจาแนกประเดนดงกลาวออกตามชวงชวตของอาคาร ไดแก ขนตอนออกแบบอาคาร (design) ขนตอนกอสรางอาคาร (construction) ขนตอนการตดตงระบบ PV (installation) ขนตอนการสงมอบระบบ (commissioning) และขนตอนการบารงรกษาระบบ (maintenance)

(4) ผวจยไดดาเนนการตรวจสอบความถกตอง (validate) ขอคนพบเรองขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV ทง 17 ประเดน ดวยการจดประชมเชงปฏบตการ (workshop) ระดมความเหนจากผปฏบตวชาชพในอตสาหกรรม BIPV ทมประสบการณสง ประกอบดวย วศวกรโครงสราง วศวกรไฟฟา สถาปนก และผผลต PV รวมทงไดดาเนนการสมภาษณบคคลดงกลาวภายหลง เมอมความตองการขอมลเพมเตม

จากการศกษา สามารถสรปผลการศกษาเรอง ขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV ไดดงตอไปน

(1) ขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV ในขนตอนการออกแบบอาคาร (Design Stage) ในขนตอนนของชวงชวตอาคาร (Building life cycle) พบขอจากดและความเสยงดานเทคนคใน

การใชงาน BIPV ไดแก (1-A) การขาดความคานงของผออกแบบอาคาร ถงวธการบารงรกษา/เปลยนอปกรณ BIPV ตงแต

ขนตอนการออกแบบอาคาร ขอจากดนเกดจากผออกแบบอาคาร ไมไดจดใหมการเขาถงระบบ BIPV เพอใหสามารถ

บารงรกษา/เปลยนอปกรณ จากภายนอกไดอยางสะดวก (easy access) เนองจากระบบ BIPV ซงถกผสาน

15

เปนสวนหนงของเปลอกอาคาร นนมสวนประกอบจานวนมากทสามารถเสอมสภาพได เชน gasket, screws, pressure plates และ toggle fixings เปนตน ซงสวนใหญการบารงรกษา/เปลยนอปกรณเหลาน นนจะกระทาจากภายนอกอาคาร

ผออกแบบอาคารควรคานงถงขนาดและนาหนกของแผงและอปกรณ BIPV ใหสามารถขนสงเคลอนยายไดสะดวก โดยเฉพาะ โดยการใชกระเชาไฟฟา (gondola) ทมการใชงานในอาคารสง เพอการเชดทาความสะอาดกระจกและบารงรกษาอาคาร

นอกจากนน ผออกแบบอาคารควรคานงในภาพรวมถง ความตองการ (บารงรกษา/เปลยนอปกรณ) ภายหลงการตดตงระบบ BIPV (the post installation requirements) ขอคานงนจะทาใหผออกแบบอาคารใสใจกบการเขาถงระบบ BIPV รวมถงการผสานการเขาถงนนๆใหเปนสวนหนงของการออกแบบ ตงแตขนตอนแรกๆของกระบวนการออกแบบ (the integration of the access way into the design at the early stages)

(1-B) การขาดแคลน แนวทาง ขอกาหนดในการออกแบบ และกฎหมาย ดานการออกแบบ BIPV ผวจยไดอธบายถง การขาดแนวทางการตดตงระบบ BIPV แบบตางๆในประเทศแคนาดา

และการขาดกฎหมายทควบคมดานการออกแบบระบบ BIPV ในประเทศออสเตรเลย โดยผวจยไดใหความเหนวา ควรจดใหมกฎหมายควบคมและมาตรฐานดานการออกแบบระบบ BIPV โดยไมควรใหสถาปนกออกแบบระบบ BIPV บนพนฐานขององคความรทไมชดเจน

(1-C) การเลอก BIPV ผดประเภทของผออกแบบ ปจจยสาคญทสงผลกระทบตอผลลพธดานพลงงานทไดรบจากระบบ BIPV คอ

ประสทธภาพของ invertor ซงเปนปจจยหนงทผออกแบบอาคารขาดองคความรและความเขาใจเพอออกแบบระบบ BIPV ใหเกดประสทธภาพของผลลพธดานพลงงานสงสด สงผลใหเกดความไมเขากนของชดของแผงเซลลแสงอาทตย (a mismatch within the strings of the individual PV modules) โดยทางออกของปญหานคอการจดใหมผใหคาปรกษาดานระบบ PV เขามาเปนสวนหนงของทมออกแบบ

(1-D) การออกแบบโครงสรางอาคารทผดพลาด ทาใหไมสามารถรบนาหนกระบบ PV ได ปญหานสวนใหญเกดขนในกรณอาคารปรบปรง (renovations or refurbishments) ซง

โครงสรางนนมไดถกออกแบบมาเพอการตดตงระบบ BIPV หนงในทางออกของปญหานคอการเลอกใช เซลลแสงอาทตยแบบแผนบาง (thin film BIPV cells) แทนทจะใชแบบ crystalline silicon ซงจะตองพจารณาความเหมาะสมในคณสมบต ราคา และประสทธภาพในการผลตพลงงานตอหนวยพนท ของเซลลแสงอาทตยดงกลาวอกดวย

ในกรณของอาคารสรางใหมนน สถาปนกและวศวกร ตองออกแบบอาคารใหสามารถรบนาหนกระบบ BIPV ได โดยแมวาอาคารทกาลงจะสรางใหมนนยงไมไดตดตงระบบ BIPV กควรทจะออกแบบเผอสาหรบอนาคตใหสามารถตดตงระบบได

(1-E) ปญหาการเกดนาหนกจร (live loads) บนระบบ BIPV ทาใหเกดแรงกระทาทอาจกอใหเกดความเสยหายตอระบบ และตอผใชอาคารหรอสงแวดลอมรอบขางได ปญหานเกดขนจากการเกดแรงกระทาหรอนาหนกกดทบแบบ (live loads) บนระบบ BIPV

เชน ฝน หมะ ลม เปนตน อนเปนสงททาใหเกด mechanical stress และอาจทาใหระบบ BIPV เสยหายได (บดงอ แตก) หรอไมก อาจทาใหระบบ BIPV นนหลดออกจากตวอาคาร ซงอาจเปนสาเหตทาใหเกดความเสยหายตอชวตและทรพยสนอนๆได

16

Mechanical stress นนนบเปนขอจากดดานเทคนคทสาคญตออาคาร และตออตสาหกรรม PV อกดวย การคานวณ mechanical stress ทผดพลาดจะสงผลใหผตดตงระบบ BIPV ดาเนนการผดพลาดทงดานการตดตงและดานการซอมแซมระบบ อาจเปนสาเหตให modules เบยวคด แตก และอาจสงผลกระทบตอปรมาณการผลตพลงงานไฟฟาของระบบได

(1-F) ความทาทายดานการออกแบบทสมพนธกบสขภาวะและความปลอดภยของผใชอาคาร อนประกอบดวยประเดนยอยดงน (1-F-1) ประเดนการสงผานความรอนจากระบบ BIPV สอาคาร

อณหภมภายในอาคารอาจสงขนไดจากการสงผานความรอนจากระบบ BIPV โดยเฉพาะประเภทระบบ BIPV slate and tile roof ทแผนกระเบองมการซอนทบกน เนองจากรงสความรอนจากแสงอาทตยตกกระทบบนพนผวเซลลแสงอาทตย (BIPV tiles) ของระบบ BIPV เกดการสะสมความรอนภายใน modules และจะสงผานความรอนจาก modules เขาสอาคาร เนองจากความรอนดงกลาวไมสามารถระบายออกสภายนอกได (Frontini, Manfren, & Tagliabue, 2012)

ผวจยไดกลาวถงความพยายามตางๆในการแกปญหาน ไดแก การออกแบบใหมชองระบายอากาศดานหลงของ BIPV tiles เพอจดใหมอากาศไหลผานเพอระบายความรอนออกจากระบบ (Frontini, Manfren, และ Tagliabue, 2012) การออกแบบระบบ BIPV ใหมการระบายอากาศบรเวณดานลางของ BIPV tiles (Heinstein, Ballif, & Perret-Aebi, 2013) และการออกแบบใหมชองวางเพอการระบายอากาศในระบบ BIPV (Quesada, Rousse, Dutil, Badache, & Hallé, 2012)

(1-F-2) ประเดนความปลอดภยดานอคคภย (ระบบ PV เปนวตถไวไฟ) การกาหนดคณลกษณะดานความทนไฟของ BIPV modules (fire test and

glass breakage test) ทระบในรายงานการศกษาฉบบน เปนขอมลทถกทดสอบโดย the TÜV Rheinland group ประเทศเยอรมน ผลการศกษาแสดงใหเหนวา มความเสยงสงการเกดอคคภยใน BIPV Façade และหลงคา เนองจากมความเปนไปไดทจะเกดประกายไฟในชดของ connectors และ junction box และทสาคญคอการขาดมาตรฐานและกฎหมายดานการปองกนอคคภยของระบบ BIPV

(1-F-3) ประเดนการปองกนเสยงรบกวน ยงไมมการกาหนดมาตรฐานและกฎหมายอยางชดเจน ดานการปองกนเสยงรบกวน

(noise protection) ทเกยวของกบระบบ BIPV (1-G) การออกแบบการวางตาแหนงและปรบคาระบบ PV ทไมเหมาะสม

ผออกแบบอาคารเปนผรบชอบโดยตรงตอการวางตาแหนงระบบ BIPV เพอใหระบบสามารถสรางพลงงานไดสงสดเตมศกยภาพ และจะตองกระทาตงแตขนตอนการออกแบบอาคาร (Lam, Close, & E.W.C., 2006; Xuan & Zheng, 2007)

ปจจยสาคญดานการวางตาแหนงระบบ BIPV ไดแก weather profiles, orientations องศาของการเอยงระบบ BIPV (tilt angles) และการโดนบงแสงจากสงแวดลอมรอบขาง (shading from surroundings / partial shading conditions) ทงจากอาคารขางเคยง ตนไม และสภาพทางภมศาสตรบรเวณนน (ภเขา เนนเขา) โดยผออกแบบอาคารจาเปนตองทราบถงรปแบบของการโดนบงเงา (shading pattern) จากสงแวดลอมรอบขางเพอสามารถออกแบบใหระบบ BIPV สามารถรบรงสดวงอาทตยไดมากทสด โดย partial shading conditions นนอาจทาใหประสทธภาพการสรางพลงงานของระบบ BIPV ลดลงไปไดถง 20% (Ikedi, Okoroh, Dean, & Omer, 2010) นอกจากนนตวอาคารเองอาจเปนสาเหตใหเกดการ

17

บงเงาบนระบบ BIPV ซงทาใหประสทธภาพการสรางพลงงานของระบบ BIPV ลดลงไป 5-10% (Yoon, Song, & Lee, 2011)

ผวจยไดเสนอแนะถงการนาเครองมอสรางแบบจาลอง photovoltaic modeling tools มาใชในการแกปญหาการออกแบบอาคารใหไมเปนสาเหตของการบงเงาตอระบบ BIPV เชน Design Experiment (DOE) และ Response Surface Modeling (RSM) โดย Yoon et al ไดใช ESP-r เปนเครองมอในการแสดงใหเหนถงสภาวะตางๆทมอทธพลตอระบบ BIPV (เชน การบงเงา เปนตน)

(2) ขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV ในขนตอนการตดตงระบบ BIPV

(Installation Stage) ในขนตอนนของชวงชวตอาคาร พบขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV ไดแก (2-A) ความผดพลาดของการยดระบบ BIPV กบอาคาร (BIPV fixing) เชนการใชรางยด หรอแบบ

ยดบน plate โดยใชหมดยด เปนตน ซงผวจยพบวาประเดนนเปนปญหาสาคญทจะสรางความเสยหายในอนาคต ความผดพลาดของการยดระบบ BIPV กบอาคาร (BIPV fixing) นนนบเปนประเดนปญหา

ทางเทคนคทสาคญ และถกกลาวถงในการศกษาในอดตมาแลวมากมาย โดยการยดระบบ BIPV กบอาคาร (BIPV fixing) นนตองเลอกใชใหเหมาะสมกบประเภทแผงเซลลแสงอาทตย เชนการใชรางยด หรอแบบยดบน plate โดยใชหมดยด เปนตน

Peng et al (2011) ไดระบถงทางเลอก BIPV fixing ทมอยจากดในปจจบน และแทบไมมทางเลอกของระบบ mounting systems ใดเลยทมความยดหยนในการดดแปลงการใชงาน (Peng, Huang, และ Wu, 2011) mounting systems ทใชกนโดยปกตในการยดระบบ BIPV คอ การใช bolts ขนาดใหญและ plates ในการยดแผนแผงเซลลแสงอาทตยเขากบสวนของอาคาร โดยขอกงวลใน mounting systems นคอ ระบบนไมสามารถซอนโครงของแผง (module frame) ยากตอการตดตง และ not logical in its application to a building structure ซงปญหาดงกลาวจะเปนเหตใหการตดตงระบบ BIPV ผดพลาด ขดแยงกบมาตรฐานดานอาคาร (?) และอาจเปนสาเหตของปญหาทใหญขนได ซงขอเสนอแนะดงกลาวนนไดสอดคลองกบขอคนพบของ Muller et al (2009) (Muller, Rodriguez, & Marion, 2009) แตการศกษาทงสองเรองดงกลาวนน มไดเสนอถงทางออกทเหมาะสมของการยดระบบ BIPV กบกรอบอาคารแตอยางใด

(2-B) ผลจากการรวซมของนาฝนเนองจากกระแสลม (Wind-driven rain effects) Wind-driven rain effects คอนาฝนทถกเพมความเรวของการไหลเนองจากกระแสลมและ

รวซมเขาสระบบ BIPV ผานชองวาง (joints, overlaps, etc.) ตางๆ ปญหาการกนนา (water tightness) ของระบบ BIPV นนบเปนอปสรรคสาคญในขนตอนการตดตงระบบ BIPV นอกจากนนระบบ BIPV นนยงอาจประสบปญหานารวซมเขาระบบเนองจากการจบตวของหยดนาเนองจากความชนในอากาศ (condensation created by humidity) ปญหานสามารถสรางความเสยหายแกการทางานในภาพรวมของระบบ BIPV ได นอกจากนนยงอาจทาใหอาคารเสยหายไดทงภายนอกและภายใน (Heinstein, Ballif, & Perret-Aebi, 2013) โดยทางแกไขปญหานทจะเปนไปไดคอ ตดตงวสดกนนาคลมตลอดแนวใตแผงเซลลแสงอาทตยและบนยอดของหลงคา ตลอดชวงเวลาการกอสราง-ตดตงระบบ BIPV

ผวจยพบวา ยงมความตองการในการศกษาประเดนเฉพาะ เชน การแตกออกของของวสดกนซม silicone และการเกดรอยแยกระหวางแผงเซลลแสงอาทตยเนองจากการเกดการเคลอนไหว เปนตน เพอเปนการทราบถงกลไกการปองกนนาเขาสระบบ BIPV ในอนาคต

18

(2-C) ประเดนดานการเดนสายไฟฟาและการเชอมตอระบบไฟฟา (Cabling and connection issues) การเดนสายไฟฟาและการเชอมตอระบบไฟฟาทไมมประสทธภาพนน สงผลใหการสญเสย

พลงงานไฟฟาทถกสรางขนโดยแผงเซลลแสงอาทตย (power loss) และทาใหประสทธภาพของระบบ BIPV ลดลงในภาพรวม นอกจากนนจะทาใหเกดปญหาดานการบารงรกษาตอไป ซงประเดนปญหานสามารถปองกนไดตงแตกระบวนการออกแบบ และความผดพลาดทเกดขนในประเดนน ผตดตงระบบ BIPV ควรเปนผรบชอบกบความเสยหายทเกดขน (Lam, Close, และ E.W.C., 2006; Muller, Rodriguez, และ Marion, 2009)

(2-D) ประเดนพลงงานคางในระบบ BIPV (Islanding) ประเดนพลงงานคางในระบบ BIPV (Islanding) จะเกดขนเมอสวนใดสวนหนงของระบบ

BIPV ทมพลงงานคางอยในขณะทสวนนนๆถกปลด หรอถอดออกทางกายภาพจากระบบแลว และไมสามารถควบคม (control) สวนนนๆไดอกตอไป ในประเดนน control นนมความหมายสาคญสองอยาง คอ (1) ความสามารถของ utilities ทจะปดการทางานจากระยะไกล (remotely shut down) แหลงสรางพลงงานทอยอยางกระจายตว (distributed energy resources) ได และ (2) ความสามารถของ utilities ทจะใชงาน advanced power management functions ของ Grid-smart inverter ได

Islanding นนจะกอใหเกดความเสยงคอ เมอมความจาเปนตองซอมบารงระบบ BIPV โดยเจาหนาท แลวไมสามารถปดระบบได กระแสไฟฟาทเกดจากการผลตของเซลลแสงอาทตยยงคงไหลอย อาจทาใหมกระแสไฟฟาคางอยในระบบ เมอเจาหนาทดาเนนการซอมบารงอาจทาใหเกดปญหาไฟฟาลดวงจร และจะกอใหเกดอนตรายตอเจาหนาทและอปกรณระบบได เปนตน

(3) ขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV ในขนตอนการทดสอบการใชงานของ

ระบบ BIPV (Commissioning Stage) ซงขอจากดสาคญของขนตอนนคอ การขาดแนวทาง/คมอ/มาตรฐานการทดสอบการใชงานของ

ระบบ BIPV ทจะเปนสงชวยใหเจาหนาทไดสามารถตรวจสอบระบบ BIPV กอนตรวจรบงานไดอยางเปนระบบและมมาตรฐาน โดยในป ค.ศ. 2005 The Center for a Sustainable Build Environment แหง University of New South Wale ไดเสนอถงวธการปฏบตทเปนเลศ (the best practices) สาหรบการทดสอบการใชงานของระบบ BIPV กอนการสงมอบ-ตรวจรบงาน ซงประกอบดวย เกณฑสามขอ ทจะตองทดสอบ ไดแก

การปฏบตตามขอกาหนดและมาตรฐาน ดานวศวกรรมโครงสราง และวศวกรรมไฟฟา

ความปลอดภยดานระบบไฟฟา โดยระบบ BIPV จะตองไมเพมความเสยงตอการเกดภยพบตของอาคารมากกวาทเปนอย

การปรบเทยบมาตรฐานระบบ BIPV โดยผตดตงระบบ เพอใหการผลตพลงงานของระบบเปนไปอยางทคาดหวง

นอกจากนน การนา check-list มาใช กจะเปนการชวยการทดสอบการใชงานของระบบ BIPV อกดวย และจากทกลาวไปวาจากการทยงไมมแนวทาง/คมอ/มาตรฐานการทดสอบการใชงานของระบบ BIPV นน ทาใหผตดตงระบบ BIPV จะตองสรางแนวทาง ของตนเองมาเพอใชงาน จนกวาจะมมาตรฐานกลางเกดขนในอนาคต

19

(4) ขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV ในขนตอนการใชงานระบบ BIPV (Operation Stage) โดยขนตอนนจะมภารกจสาคญสองอยางทผมสวนเกยวของไมอาจละเลยได คอ การตรวจสอบ

(monitoring) และการบารงรกษา (maintenance) ระบบ BIPV และในขนตอนนของชวงชวตอาคาร พบขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV ไดแก

(4-A) การขาดระบบตรวจสอบสมรรถนะระบบ BIPV (System performance monitoring system) สมรรถนะระบบ BIPV นนจาเปนตองมการตรวจสอบอยางสมาเสมอ เพอตดตาม

ประสทธภาพการผลตพลงงานของระบบและเพอการปรบคาของระบบใหเกดประสทธภาพสงสด และจาเปนตองมระบบเตอนเมอเกดความผดพลาดขนในระบบ (fault alert systems)

(4-B) การขาดการรบประกนระบบ BIPV จากผผลต/ผจดจาหนาย มบรษทผผลตและตดตงระบบ BIPV จานวนนอยทกลารบประกนประสทธภาพการสราง

พลงงานไดอยางครอบคลมระยะเวลา energy project financing ทวไป (เชน รบประกนประสทธภาพเปนเวลา 10 ป เปนตน)

(4-C) ความไมชดเจนของขนตอนการบารงรกษา ผวจยไดใหความหมายของคาวา การบารงรกษา (maintenance) คอ การ (ไป)

ตรวจสอบและซอมแซมองคประกอบทางกายภาพ รวมถงการทาความสะอาด ระบบ BIPV อยางไรกตามในความเปนจรง โครงการตางๆมกไมจดสรรงบประมาณสาหรบการบารงรกษาระบบ BIPV เนองจากความละเลยและการไมทราบขอมลเรองน ของเจาของอาคารและผใชอาคาร

(4-D) ความยากลาบากในการเปลยนแผงเซลลแสงอาทตย การเปลยนแผงเซลลแสงอาทตยในระบบ BIPV นนเปนเรองทมความซบซอนเนองจากมการ

เดนสายไฟฟาในระบบเปนจานวนมาก ปญหานมจดเรมตนมาตงแตขนตอนการออกแบบอาคาร เนองจากการทผออกแบบอาคาร ไมไดจดใหมการเขาถงระบบ BIPV เพอใหสามารถบารงรกษา/เปลยนอปกรณ จากภายนอกไดอยางสะดวก (easy access)

(4-E) ปญหาการกดกรอนเนองจากความตางศกย (Galvanic corrosion) ของระบบ BIPV ปญหาสาคญประเดนนคอการเกด การกดกรอนเนองจากความตางศกย (Galvanic

corrosion) เกดจากวตถโลหะทเปนตวนาไฟฟาได 2 ชนดทตางกนหรอวตถชนดเดยวกนแตคาความตางศกยไฟฟาตางกน มาเชอมตอกนจะเกดความตางศกยไฟฟาขน ทาใหเกดการไหลของ อเลกตรอนระหวางวตถทงสองหากทาใหการสญเสยอเลกตรอนของวตถทมคาความตางศกยตากวาและจะถกกดกรอนในทสด ซงอาจเปนสาเหตทาใหโครงสรางของระบบ BIPV วบตได เนองจากการเลอกใชโครงโลหะสาหรบยดระบบ BIPV ทไมเหมาะสมมาใชรวมกน นอกจากนนยงมปญหาการเกดสนมซงอาจมสาเหตจากการใชโครงสรางโลหะทไมมคณภาพ และจากสภาพแวดลอม (ความชน เกลอในอากาศ ฯลฯ) อกดวย

ตารางท 2 ตารางสรปขอจากดและความเสยงดานเทคนค ในการใชงาน BIPV

Stages Barrier IDs Barriers

Design stage 1-A การขาดความคานงของผออกแบบอาคาร ถงวธการบารงรกษา/เปลยนอปกรณ BIPV

20

Stages Barrier IDs Barriers

1-B การขาดแคลน แนวทาง ขอกาหนดในการออกแบบ และกฎหมาย ดานการออกแบบ BIPV

1-C การเลอก BIPV ผดประเภทของผออกแบบ

1-D การออกแบบโครงสรางอาคารทผดพลาด ทาใหไมสามารถรบนาหนกระบบ PV ได

1-E ปญหาการเกดนาหนกจร (live loads) บนระบบ BIPV

1-F

ความทาทายดานการออกแบบทสมพนธกบสขภาวะและความปลอดภยของผใชอาคาร (1-F-1) ประเดนการสงผานความรอนจากระบบ BIPV สอาคาร (1-F-2) ประเดนความปลอดภยดานอคคภย (1-F-3) ประเดนการปองกนเสยงรบกวน

1-G การออกแบบการวางตาแหนงและปรบคาระบบ PV ทไมเหมาะสม

Construction and Installation Stages

2-A ความผดพลาดของการยดระบบ BIPV กบอาคาร (BIPV fixing) 2-B ผลจากการรวซมของนาฝนเนองจากกระแสลม 2-C ประเดนดานการเดนสายไฟฟาและการเชอมตอระบบไฟฟา 2-D ประเดนพลงงานคางในระบบ BIPV (Islanding)

Commissioning Stage

3-A การขาดแนวทาง/คมอ/มาตรฐานการทดสอบการใชงานของระบบ BIPV

Operation Stage

4-A การขาดระบบตรวจสอบสมรรถนะระบบ BIPV 4-B การขาดการรบประกนระบบ BIPV จากผผลต/ผจดจาหนาย 4-C ความไมชดเจนของขนตอนการบารงรกษา 4-D ความยากลาบากในการเปลยนแผงเซลลแสงอาทตย

4-E ปญหาการกดกรอนเนองจากความตางศกย (Galvanic corrosion) ของระบบ BIPV

ผวจยไดดาเนนการตรวจสอบความถกตอง (validate) ขอคนพบเรองขอจากดและความเสยงดาน

เทคนคในการใชงาน BIPV ทง 17 ประเดน ดวยการจดประชมเชงปฏบตการ (workshop) ระดมความเหนจากผปฏบตวชาชพในอตสาหกรรม BIPV ทมประสบการณสง โดยการหารอและประเมนขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV ทละประเดน โดยวธการทเปนไปไดในการขจดขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV (possible solutions) ทเปนขอสรปจาก workshop ครงนไดถกจดหมวดหมออกเปน 2 ดาน/แงมม (aspects) คอ ดาน hardware และ ดาน software ดงทสรปใน ตารางท 3

21

ตารางท 3 แนวทางการขจดขอจากดและความเสยงดานเทคนคในการใชงาน BIPV (Yang, 2015)

เอกสารอางอง

Blankenship, R. E., Tiede, D. M., Barber, J., Brudvig, G. W., Fleming, G., Ghirardi, M., . . . Sayre, R. T. (2011). Comparing Photosynthetic and Photovoltaic Efficiencies and Recognizing the Potential for Improvement. Science, 805-809.

Botkin, D. B., & Keller, E. A. (2011). Environmental Science: Earth as a Living Planet (8th Edition ed.). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.

Clover, I. (2014, April 28). BIPV sector to reach 1.15 GW by 2019, says report. Retrieved July 25, 2015, from PV Magazine: http://www.pv-magazine.com/news/details/beitrag/bipv-sector-to-reach-115-gw-by-2019--says-report_100014922/#axzz3gtmbbZLm

Clover, I. (2015, February 6). First Solar raises bas for CdTe with 21.5% efficiency record. Retrieved April 15, 2015, from PV Magazine: http://www.pv-magazine.com/news/details/beitrag/first-solar-raises-bar-for-cdte-with-215-efficiency-record_100018069/#axzz3ierWpUZT

Coonen, S. (2007, October 24). Technical Report from the 1 st Southeast Solar Summit Oak Ridge National Laboratory October 24-25, 2007. Retrieved from Oak Ridge National Laboratory: http://doc.xueqiu.com/1457a3acfff1183feb42de44.pdf

Frontini, F., Manfren, M., & Tagliabue, L. C. (2012). A case study of solar technologies adoption: Criteria for BIPV integration in sensitive built environment. 1st International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry (SHC 2012) (pp. 1006-1015). San Francisco: International Energy Agency's Solar Heating and Cooling Programme (IEA SHC).

22

Hall, S. (2014, September 8). Benefits of building integrated photovoltaics. Retrieved July 26, 2015, from Design Quarterly: https://www.reminetwork.com/articles/benefits-of-building-integrated-photovoltaics/

Heinstein, P., Ballif, C., & Perret-Aebi, L.-E. (2013). Building Integrated Photovoltaics (BIPV): Review, Potentials, Barriers and Myths. Green, 1-32.

IEA Statistics. (2014). Electric power transmission and distribution losses (% of output): Thailand. Retrieved from The World Bank: http://data.worldbank.org/indicator/EG.ELC.LOSS.ZS?locations=TH

Ikedi, C. U., Okoroh, M., Dean, A., & Omer, S. (2010). Impact assessment for building integrated photovoltaic (BIPV). ARCOM 2010 - Proceedings of the 26th Annual Conference (pp. 1407-1415). Leeds, United Kingdom: Association of Researchers in Construction Management.

Infinity PV. (2016). Infinity PV Foil. Retrieved from Infinity PV: https://infinitypv.com/infinitypro/opv/foil

James, T., Goodrich, A., Woodhouse, M., Margolis, R., & Ong, S. (2011). Building-Integrated Photovoltaics (BIPV) in the Residential Sector: An Analysis of Installed Rooftop System Prices. Colorado: National Renewable Energy Laboratory.

Jelle, B. P., Breivik, C., & Røkenes, H. D. (2012). Building integrated photovoltaic products: A state-of-the-art review and future research opportunities. Solar Energy Materials & Solar Cells, 69-96.

Khan, E. W. (2014, August 10). PV: Types of Solar Panel and Which one is the best PV Panel. Retrieved July 8, 2015, from Electrical Technology: http://www.electricaltechnology.org/2014/10/pv-types-of-solar-panel-best-pv-panel.html

Lam, K.-h., Close, J., & E.W.C., L. (2006). Dynamic model of BIPV system for performance prediction. Photovoltaic Energy Conversion, Conference Record of the 2006 IEEE 4th World Conference (pp. 2434-2437). Waikoloa, Hawaii: IEEE.

Lau, P. (2015). Building Integrated Photovoltaics in Honolulu, Hawai‘i: Assessing urban retrofit application for power utilization and energy savings. Honolulu, Hawaii, United States: D.Arch dissertation, The University of Hawai‘i at Mānoa.

Maehlum, M. A. (2015, April 6). Best Thin Film Solar Panels - Amorphous, Cadmium Telluride or CIGS? Retrieved July 17, 2015, from Energy Informative: http://energyinformative.org/best-thin-film-solar-panels-amorphous-cadmium-telluride-cigs/

Maehlum, M. A. (2015, May 18). Which Solar Panel Type is Best? Mono- vs. Polycrystalline vs. Thin Film. Retrieved May 29, 2015, from Energy Informative: http://energyinformative.org/best-solar-panel-monocrystalline-polycrystalline-thin-film/

23

Muller, M., Rodriguez, J., & Marion, B. (2009). Performance comparison of a BIPV roofing tile system in two mounting configurations. Photovoltaic Specialists Conference (PVSC) (pp. 817-822). Philadelphia, PA, USA: IEEE.

Muller, R. A. (2012). Energy for future presidents: the science behind the headlines. New York: W. W. Norton & Company, Inc.

Onyx Solar. (2016). Photovoltaic Double Glazed Insulation Units. Retrieved from Onyx Solar: http://www.onyxsolar.com/photovoltaic-double-glazed-insulating-units.html

Parida, B., Iniyan, S., & Goic, R. (2011). A review of solar photovoltaic technologies. Renewable and Sustainable, 1625-1636.

Paul, D., Mandal, S. N., Mukherjee, D., & Bhadra Chaudhuri, S. R. (2010). Optimization of significant insolation distribution parameters - A new approach towards BIPV system design. Renewable Energy, 2182-2191.

Peng, C., Huang, Y., & Wu, Z. (2011). Building-integrated photovoltaics (BIPV) in architectural design in China. Energy and Buildings, 3592-3598.

PV System Expo. (2015). Hanergy Holding Group Limited. Retrieved from PV System Expo: http://www.r-expo.jp/wsew2015/exhiSearch/FC/en/search_detail.php?id=21470

Quesada, G., Rousse, D., Dutil, Y., Badache, M., & Hallé, S. (2012). A comprehensive review of solar facades. Opaque solar facades. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2820-2832.

Solar-is-Future.com. (2016). What does kilowatt peak (kWp) actually mean? Retrieved from Welcome to solar-is-future.com: http://www.solar-is-future.com/faq-glossary/faq/photovoltaic-technology-and-how-it-works/what-does-kilowatt-peak-kwp-actually-mean/

Strong, S. (2011, December 27). Building Integrated Photovoltaic (BIPV). Retrieved July 25, 2015, from Whole Building Design Guide: http://www.wbdg.org/resources/bipv.php

STS Solar Photovoltaic Projects. (2016). Offers. Retrieved from STS Solar Photovoltaic Projects: http://solar.sts.bg/en/offers/

The Green Energy Society. (n.d.). Photovoltaic (PV) roofing tiles and modules with integrated solar cells. Retrieved from The Green Energy Society: http://www.dgem.nl/nl/andere-duurzame-energie-oplossingen/bipv-dakbedekkingen

The National Center for Photovoltaics. (2016, April 20). Research Cell Efficiency Records. Retrieved from The National Center for Photovoltaics (NCPV), National Renewable Energy Laboratory: http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg

White, S. (2015). Solar Photovoltaic Basics: A Study Guide for the NABCEP Entry Level Exam. Abingdon, Oxon: Routledge.

Xuan, X. D., & Zheng, X. Y. (2007). Facade design in building integrated photovoltaics. ISES World Congress 2007 (pp. 384-387). Beijing, China: Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

24

Yang, R. J. (2015). Overcoming technical barriers and risks in the application of building integrated photovoltaic (BIPV): hardware and software strategies. Automation in Construction, 92-102.

Yoon, J.-H., Song, J., & Lee, S.-J. (2011). Practical application of building integrated photovoltaic (BIPV) system using transparent amorphous silicon thin-film PV module. Solar Energy, 723-733.

กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน. (n.d.). แผนทพลงงานแสงอาทตย. Retrieved มถนายน 25, พ.ศ.2558, from กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน: http://www2.dede.go.th/dede/renew/sola/mapmenu.html

กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน. (n.d.). ชดการจดแสดงท 54 : การผลตไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตย (Living Head/Photovoltaic Operation). Retrieved from กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน: http://www2.dede.go.th/bhrd/old/web_display/websemple/Residential(PDF)/7_Bay%2054%20Solar%20cell_Rev1.pdf

ชวะเกต, ช. (2000, กรกฎาคม). การผลตไฟฟาโดยเซลลแสงอาทตย. Retrieved มนาคม 1, 2015, from สานกนโยบายและแผนพลงงาน: http://www.eppo.go.th/vrs/VRS49-09-Solar.html

25

บทท 2

กรณศกษาแนวทางการใช Parametric Modeling ออกแบบองคประกอบอาคารผสานเซลลแสงอาทตย กรณศกษาท 1 การสรางเรขาคณตทสามารถปรบมมตามทศทางดวงอาทตยไดอยางอตโนมต ตามแนวทาง

ของ Autodesk Building Solutions

แมวาในปจจบนแผงโซลาเซลลในระบบ BIPV นนจะมราคาถกลงเปนอยางมาก แตการออกแบบใหสามารถใชประสทธภาพการผลตพลงงานไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตยไดอยางสงสด กเปนสงสาคญทาใหการลงทนระบบ BIPV นนมความคมคา พบวาการตดตงแผงโซลาเซลลในระบบ BIPV สวนใหญจะเปนแบบตดตงเอยงจากแนวระนาบเทากบองศาของ Latitude ทระบบตดตงอย (เชน ถาระบบตดตงท กรงเทพมหานคร แผงโซลาเซลลจะเอยง ประมาณ 13-14 องศา จากแนวระนาบ หนสทศใต หรอโดยคาเฉลยประมาณ 15 องศา สาหรบการตดตงในประเทศไทย) ซงทศทางทคงทเชนน แผงโซลาเซลลจะไมสามารถผลตพลงงานไฟฟาไดอยางเตมประสทธภาพตลอดทงวน การออกแบบใหระบบ BIPV สามารถหนหรอเคลอนทตดตามทศทางของดวงอาทตยจงเปนทางเลอกสาคญ ทสามารถเพมประสทธภาพการผลตพลงงานของแผงโซลาเซลลใหสามารถทางานไดอยางเตมประสทธภาพได โดยพบวาเทคโนโลยปรบมมแผงโซลาเซลลตามทศทางดวงอาทตย (Solar Tracker) สามารถเพมประสทธภาพการผลตพลงงานไฟฟาไดถง 20% สาหรบระบบปรบมมแบบ 1 แกน (1 Axis: ปรบมมตามแนวระนาบ) 30% สาหรบระบบปรบมมแบบ Azimuth (ปรบมมตามแนวระนาบแตตดตงบนแผงแนวตง) และสงถง 35% สาหรบระบบปรบมมแบบ 2 แกน (2 Axis: ปรบมมไดทงตามแนวระนาบและแนวตง) (GTM: Green Tech Media, 2012)

ชองการแพรภาพผานสอออนไลน Youtube (Youtube Channels) ชอง Autodesk Building Solutions ไดเผยแพรวดโอการสอนใชงานโปรแกรม Dynamo ซงเปน Visual Programing และ Add-on ในโปรแกรม Autodesk Revit เรอง Computational Logic I ทมเนอหาการสอนเพอการเขยน Script เพอสราง เรขาคณตทสามารถหนทศทางระนาบตามทศทางดวงอาทตยไดอยางอตโนมต ซงเนอหาในวดโอนเปนประโยชนอยางมากตอการประยกตใชในการออกแบบ-สรางแบบจาลองสารสนเทศอาคาร (BIM: Building Information Modeling) ใหสามารถปรบมมองคประกอบอาคารใหหนเรขาคณตสวนทตองการใหปรบมมตามทศทางดวงอาทตยได โดยวดโอมการนาเสนออยางเปนลาดบขนตอน ผอานสามารถศกษารายละเอยดไดท URL: https://www.youtube.com/watch?v=rjiiy-yQFds

จากการศกษาตามแหลงขอมลดงกลาว พบวาการสรางเรขาคณตดวยวธการนสามารถนามาใชในการออกแบบอาคารไดเพยงขนพนฐานเทานน เพราะเปนการนาเสนอเนอหาสาหรบผเรมตนใชงานโปรแกรม Dynamo แตดวยการนาเสนอ โดยเฉพาะเรองตรรกะทนามาใช และการเลอกใช Nodes นน ผใชงานสามารถนาเนอหาไปประยกตใชกบการสรางแบบจาลองอาคารทซบซอนและมขนาดใหญกวานไดตอไป

26

รปท 14 ภาพรวมของ Dynamo Script เรขาคณตทสามารถปรบมมตามทศทางดวงอาทตยไดอยางอตโนมต

รปท 15 ภาพขยายของ Dynamo Script สวนท 1

รปท 16 ภาพขยายของ Dynamo Script สวนท 2

27

รปท 17 ภาพขยายของ Dynamo Script สวนท 3

รปท 18 เรขาคณตทเกดจาก Dynamo Script ณ เวลา 10.00 น.

รปท 19 เรขาคณตทเกดจาก Dynamo Script ณ เวลา 13.45 น.

28

เอกสารอางอง GTM: Green Tech Media. (2012, November 28). Solar Balance-of-System: To Track or Not to

Track, Part I. Retrieved from GTM: Green Tech Media: http://www.greentechmedia.com/articles/read/Solar-Balance-of-System-To-Track-or-Not-to-Track-Part-I

29

กรณศกษาการใช Parametric Modeling ออกแบบองคประกอบอาคารผสานเซลลแสงอาทตย กรณศกษาท 2 Kinetic Façade ตามแนวทางอาคาร Al Bahar (Abu Dhabi) โดยวธการของ Dr.

Jeremy Roh

อาคาร Al Bahar ตงอย ณ เมอง Abu Dhabi เมองหลวงของประเทศ United Arab Emirates ซงเปนประเทศทมภมอากาศแบบทะเลทราย อากาศมอณหภมสงในเวลากลางวน และในบางชวงเวลาในแตละปจะมพายทราย ผออกแบบอาคารหลงนคอ บรษท Aedas ซงไดนาผนงอาคารทสามารถปรบเปลยนได (Kinetic Façade) มาใชเพอการจดการแสงและพลงงานรงสอาทตยทตกกระทบอาคาร จากการประยกตใชรปแบบอปกรณบงแดดดงเดมทมอยในทองถนคอ Mashrabiya มาเปนรปแบบของชนอปกรณบงแดดทปรบเปลยนได 1,000 ชนทวทงผนงอาคาร ซง Kinetic Façade ของอาคารนเปนวสด PTFE (Polytetrafluoroethylene หรอชอทางการคาคอ Teflon) ถกควบคมดวยระบบคอมพวเตอรใหสามารถเปด-ปดไดโดยทงอตโนมตและดวยระบบมอ ซงทาใหสามารถลดปรมาณรงสอาทตยตกกระทบผวอาคารไดถง 50% ซงมผลใหลดการใชพลงงานในการปรบอากาศภายในอาคารอกดวย (Zvironaite, Knol, และ Kneepens, 2014)

รปท 20 รปถายอาคาร Al Bahar (Cilento, 2012)

30

รปท 21 (ซาย) Kinetic Façade ของอาคาร Al Bahar ขณะตดตง (Idea Channels, 2012)

รปท 22 (ซาย) รปถายอาคาร Al Bahar (Al-Ahwal.blogspot.com, 2012) (ขวา) กราฟฟคแสดงลาดบชนของโครงสรางและเรขาคณตของผวอาคาร Al Bahar (Idea Channels, 2012)

31

รปท 23 แสดงลกษณะการเปด-ปด Kinetic Façade ของอาคาร Al Bahar (Schielke, 2014)

เปลอกอาคารทมลกษณะเปน Kinetic Façade ของอาคาร Al Bahar นเปนกรณศกษาสาคญของการออกแบบอาคารประหยดพลงงาน เนองจากไมเพยงเพราะสามารถลดการใชพลงงานในอาคารไดอยางมาก แตยงมความสวยงามจากการนาศลปะในองคประกอบอาคารพนถนมาใช และสรางอตลกษณ (Identity) ใหอาคารเปนทนาจดจาแกผพบเหนและใชอาคารอกดวย โดยอาคาร Al Bahar นเปนทรจกกนในทองถนวา อาคารสบปะรด (Pineapple Building) และในขณะทเปดใชงาน อาคารนยงม Dynamic (Kinetic) Façade ขนาดใหญทสดในโลกอกดวย (Welch, 2013)

การสรางแบบจาลองสารสนเทศ Kinetic Façade ของอาคาร Al Bahar นนมความซบซอน เนองจากนาลกษณะของ Mashrabiya คอ แผงไมสลกทใชปดกนองคประกอบของอาคารหรอชองหนาตาง เพอความปลอดภยและกนแสงแดด ทนยมใชและเปนลกษณะพนถนของอาคารในทวปตะวนออกกลาง มาผสมผสานกบเทคนคการพบกระดาษของประเทศญปน ทเรยกวา Origami ออกแบบใหเปน Kinetic Façade ทมการพบของวสดบงแดดเปนสามมตทมพนฐานจากรปสามเหลยมดานเทา

ในเดอนกมภาพนธ ปค.ศ. 2015 Dr. Jeremy Roh ซงเปนอาจารยแหงมหาวทยาลย North Carolina และไดเผยแพรวธการ Parametric Modeling การสราง Kinetic Façade ของอาคาร Al Bahar อยางละเอยด เนองจากการสรางแบบจาลองสารสนเทศนมความละเอยด ทงการสราง Adaptive Panels ในโปรแกรม Autodesk Revit รวมทงการสราง Script ใหชน Panels นนสามารถปรบมมตามทศทางดวงอาทตยไดอยางอตโนมต ดวยโปรแกรม Dynamo ทาให Dr. Jeremy Roh ตองบนทกวดโอของกระบวนการนแบงออกเปน 4 ตอน ท URL: https://www.youtube.com/user/zedjr01/featured

เมอดาเนนการ Parametric Modeling การสราง Kinetic Façade ของอาคาร Al Bahar ตามวธการของ Dr. Jeremy Roh อยางละเอยด พบวาวธการดงกลาวมขอจากดเนองจาก เมอมมระหวางทศทางดวง

อาทตยกบทศทางตงฉากกบ Kinetic Façade มความแตกตางกนมากกวาหรอเทากบ 100 จะทาใหคา NCP มคามากกวาหรอเทากบ 1.00 ซงจะทาใหโปรแกรม Autodesk Revit ไมสามารถสราง Geometry ของ Façade ได ทาใหจาเปนตองแกไข Script ในโปรแกรมใน Dynamo ใหเมอคา NCP มคามากกวาหรอเทากบ

32

1.00 จะตองปรบคาใหเปนคาคงททไมมากกวา 0.99 จงจะทาใหโปรแกรม Autodesk Revit สามารถสราง Geometry ของ Façade ได

รปท 24 แสดงความสมพนธของ parameters ตางๆ ในการสราง parametric modeling สาหรบ Kinetic Façade ของอาคาร Al Bahar (Roh, 2015)

33

รปท 25 Parameters ของ Kinetic Façade แตละชน ในหนาตาง Family Types ในโปรแกรม Revit 2017

รปท 26 ลกษณะของ Kinetic Façade แตละชน ในหนาตาง Family Types ในโปรแกรม Revit 2017

34

รปท 27 ลกษณะของ Kinetic Façade แตละชน ในหนาตาง Family Types ในโปรแกรม Revit 2017 (ขวา) NCP = 0 (ซาย) NCP = 0.95

รปท 28 ระนาบฐานสาหรบ Kinetic Façades ใน Conceptual Mass Environment โปรแกรม Revit 2017 ซงมโครงสรางเปน Triangle (Flat) มความกวางฐานของโครงสามเหลยมดานเทา = V Grid * 2 และม

ความสงในแนวตงฉากของสามเหลยมดานเทา = ((3) / 2) * (V Grid * 2)

35

รปท 29 ลกษณะเมอนา Kinetic Façades มาประกอบกบระนาบฐานใน Conceptual Mass Environment ในโปรแกรม Revit 2017 โดยกาหนดคา parameter NCP = 0.9 เหมอนกนทกชน

รปท 30 ลกษณะเมอนา Kinetic Façades มาประกอบกบระนาบฐานใน Conceptual Mass Environment ในโปรแกรม Revit 2017 โดยกาหนดคา parameter NCP = 0 เหมอนกนทกชน

รปท 31 ภาพรวมของ Script ทสรางขนในโปรแกรม Dynamo ซงเปนโปรแกรม Visual Programming และเปน add-in สาหรบโปรแกรม Revit 2017

36

รปท 32 ภาพขยาย Script ในโปรแกรม Dynamo สวนท 1

รปท 33 ภาพขยาย Script ในโปรแกรม Dynamo สวนท 2

37

รปท 34 ภาพขยาย Script ในโปรแกรม Dynamo สวนท 3

รปท 35 ภาพ Kinetic Façades ตนแบบท 1 เมอคานวณใหการเปด-ปดสอดคลองกบทศทางของดวงอาทตยแลว โดยมสถานทตงอยท กรงเทพมหานคร ประเทศไทย (Latitude 13.7333, Longitude 100.5) วน

เหมายน (Winter Solstice) 21 ธนวาคม ค.ศ. 2016 เวลา 11.00 น.

38

รปท 36 ภาพ Kinetic Façades ตนแบบท 2 เมอคานวณใหการเปด-ปดสอดคลองกบทศทางของดวงอาทตยแลว โดยมสถานทตงอยท กรงเทพมหานคร ประเทศไทย วน Winter Solstice เวลา 13.00 น.

รปท 37 ภาพ Kinetic Façades ตนแบบท 2 เมอคานวณใหการเปด-ปดสอดคลองกบทศทางของดวงอาทตย

แลว พบวาบาง Geometry ทมมมตงฉากตางจากมมตกกระทบของดวงอาทตยมากกวา 100 กไมมความผดพลาดในการสรางชน Kinetic Façades ดงกลาว

39

รปท 38 ภาพ Kinetic Façades ตนแบบท 3 เมอคานวณใหการเปด-ปดสอดคลองกบทศทางของดวงอาทตยแลว โดยมสถานทตงอยท กรงเทพมหานคร ประเทศไทย วนครษมายน (Summer Solstice) เวลา 12.00 น.

40

รปท 39 ภาพ Kinetic Façades ตนแบบท 3 เมอคานวณใหการเปด-ปดสอดคลองกบทศทางของดวงอาทตยแลว โดยมสถานทตงอยท กรงเทพมหานคร ประเทศไทย วนครษมายน (Summer Solstice) เวลา 13.00 น.

41

เอกสารอางอง Adrian Welch. (21 November 2013). Al Bahar Towers, Abu Dhabi. เขาถงไดจาก e-architect:

http://www.e-architect.co.uk/dubai/al-bahar-towers-abu-dhabi Al-Ahwal.blogspot.com. (2012). Al Bahr Towers / Abu Dhabi / by: Aedas. เขาถงไดจาก Al-

Ahwal.blogspot.com: http://al-ahwal.blogspot.com/2012/10/al-bahr-towers-abu-dhabi-by-aedas.html

Idea Channels. (2012). Intelligent Shading System Unfurled On Abu Dhabi’s Al Bahar Towers. เขาถงไดจาก Idea Channels: http://ideachannels.com/architecture/2237/intelligent-shading-system-unfurled-on-abu-dhabi-s-al-bahar-towers.htm

Jeremy Roh. (12 February 2015). 20150212 Computational Practice Lab 06 092. เขาถงไดจาก Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=mqpWpcDvt7A

Karen Cilento. (2 September 2012). Al Bahar Towers Responsive Facade / Aedas. เขาถงไดจาก ArchDaily: http://www.archdaily.com/270592/al-bahar-towers-responsive-facade-aedas

Kotryna Zvironaite, Alois Knol, และ Steven Kneepens. (2014). Kinetica: A playful way through the world of moving facades. เขาถงไดจาก Delft University of Technology: http://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid:cabfd871-7ea9-465a-9f78-2a24fdcb9430?collection=research

Thomas Schielke. (29 May 2014). Light Matters: Mashrabiyas - Translating Tradition into Dynamic Facades. เขาถงไดจาก Arch Daily: http://www.archdaily.com/510226/light-matters-mashrabiyas-translating-tradition-into-dynamic-facades