Byggnader förbrukar cirka en tredjedel av världens energi och står för 40 % av utsläppen av växthusgaser. Att minska koldioxidutsläppen och använda förnybar ren energi i byggnader är avgörande för att uppnå målen om koldioxidneutralitet för hela samhället.

Att integrera solpaneler i byggnader är ett av de mest lovande sätten att minska koldioxidutsläppen och stödja en hållbar framtid.

Fasader bör användas för solpanelsintegration

Tidigare installerades de flesta solpaneler (solceller) för byggnader på tak, men takytor kan begränsas. Byggnadsfasader erbjuder mycket mer yta och skulle kunna användas för denna applikation.

Tidigare forskning har visat att fasadintegrerade solceller (FIPV) är en framväxande och nödvändig lösning för att skörda solenergi. I Norge, där solen vanligtvis står lågt, har byggnadsfasader en speciell potential för applicering av solpaneler.

Utmaningar inom estetik

Den estetiska aspekten av solpaneler kan dock vara utmanande. De svarta eller mörkblå färgerna på vanliga solpaneler är inte idealiska för byggnadsfasader, och arkitekter är mycket emot att använda tråkiga färger för sin design.

Dessutom är Norge fullt av färgglada hus, av vilka många är hundratals år gamla. Färgerna på traditionella byggnader är attraktiva för turister och presenterar en vacker "känsla av plats" för de lokala invånarna.

Det är svårt att föreställa sig att arkitekter eller ägare skulle acceptera solpaneler om det innebar att alla hus måste vara svarta eller mörka färger.

Pixeliseringsmetod för design

För att lösa detta problem har ett forskarlag (Changying Xiang och professor Barbara Szybinska Matusiak) vid NTNU:s ljus- och färgcenter föreslagit en ny metod för att utrusta byggnadsfasader med färgglada solpaneler för att producera energi med god effektivitet.

Precis som mosaikbilder eller "Neo-Impressionism"-konstverk kan pixeliseringsmetoden kombinera olika färgade solpaneler på samma fasad – med mjuk färgövergång i ordning. På detta sätt kan både ljusa solpaneler (vanligtvis med lägre energiproduktivitet) och mörka solpaneler (vanligtvis med god energiproduktivitet) i samma eller liknande nyanser kombineras, vilket ger acceptabel energiproduktivitet för en total fasad.

Studien visar att pixlade färgglada solfasader kan producera så mycket som 85 %–93 % energi jämfört med en helt svart solfasad.

Ännu viktigare är att pixeliseringsmetoden kan anta en lokal färgpalett – som är en samling typiska färger i lokala sammanhang.

Till exempel visar bilden nedan typiska färger från staden Trondheim. Arkitekter kan be PV-företag att producera den exakta färgen för att matcha befintliga byggnadsfasader för solpaneler. På detta sätt kan användningen av pixelisering respektera traditionell design samtidigt som den bidrar till den färgstarka "rymdkänslan" hos värdefulla stadsrum.

Tillfredsställande estetisk prestanda

Den estetiska prestandan hos de föreslagna pixeliseringsdesignerna testades genom en internationell onlineundersökning med mer än 300 deltagare med olika bakgrund från Norge, Danmark, Kina, Polen, Nederländerna, Italien, Australien, USA, Japan och Brasilien.

Undersökningen visar att design med pixeliseringsmetoden föredras av majoriteten och de upplevs som trevligare än icke-pixelerade vanliga färgdesigner. Dessutom ansåg de flesta av deltagarna att designen med lokala färger var lämpliga i ett urbant sammanhang.

Good energy productivity

Another case study in Trondheim was also conducted, where the pixelization method was used in small are with three high-rise residential apartments.

A colorful renovation design for the high-rise apartment was created, where the energy productivity of the colorful solar façade would be around 80% of a black solar façade. The electricity produced by the colorful solar façade can cover around 26% of the total household energy consumption for these residences.

This research provides novel solutions and design references for applying colored photovoltaics in urban contexts on large scales. The researchers believe that façade-integrated photovoltaics will provide a useful approach to tackle climate changes and achieving a carbon-neutral society. + Utforska vidare

Colorful solar panels could make the technology more attractive