تريد ألمانيا 100٪ كهرباء من مصادر متجددة بحلول عام 2050 - لأن توليد الكهرباء مسؤول عن 40% انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في ألمانيا

تمثل الطاقة المتجددة بالفعل أكثر من ثلث إجمالي توليد الكهرباء.

في فرانكفورت، تمثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية - اعتبارًا من عام 2019 - ثُمن توليد الكهرباء فقط

فرانكفورت لديها عيب هيكلي يتمثل في عدم إمكانية توسيع طاقة الرياح بسبب المطار. بالإضافة إلى ذلك، فإن منطقة المدينة صغيرة نسبيًا، بحيث لا يمكن إنشاء حدائق شمسية ضخمة دون التضحية بالمناطق الخضراء أو الأراضي اللازمة للإسكان.

وبناء على ذلك، فإن التركيز على إنتاج كهرباء أكثر استدامة ينصب على الاستغلال التكنولوجي الأمثل لاستخدام النفايات والكتلة الأحيائية.

لم تستطع السدود وتوربينات الرياح جلب فرانكفورت إلى انتقال الطاقة الحضرية، لكن توليد الكهرباء من الخلايا الكهروضوئية هو حل قابل للتطبيق للمدينة لتغطية 10٪ من الطلب على الكهرباء في فرانكفورت، حسبما حددت دراسة أجرتها جامعة فرانكفورت للعلوم التطبيقية

مشكلة الجماليات

سواء كان سقفًا أردواتيًا أو سقفًا ببلاط أحمر جميل: عادةً ما لا تكون الوحدات الكهروضوئية الشائعة مكسبًا بصريًا للمبنى.

ومع ذلك ، لم يتم تحسينها من حيث الجماليات ، ولكن الكفاءة تظهر بوضوح : الأسود هو أفضل لون للخلايا الكهروضوئية لامتصاص أكبر قدر ممكن من الضوء. وخطوط الشبكة الواضحة التي تمر عبر الألواح لها سبب أيضًا: فهي تلتقط التيار الناتج بأكبر قدر ممكن.

لطالما أدركت الصناعة المشكلة الجمالية، وبالتالي توجد الآن أيضًا ألواح جميلة ملونة لا تتخللها شبكات معدنية لافتة للنظر.

العيب الوحيد: عادة ما تكون غير فعالة أكثر من اللوحات القبيحة التقليدية.

لذلك فإن شعار جسور فرانكفورت هو: خلايا ضوئية أفضل من الناحية الجمالية أو غير مرئية ذات كفاءة أقل افضل من عدم وجود خلايا كهروضوئية ذات كفاءة عالية - على الأقل في منطقة المدينة الداخلية. من ناحية أخرى ، يتم ربط الخلايا الكهروضوئية المحسّنة بكفاءة بالأذرع الخارجية للجسور حيث لا يمكنها إزعاج أي شخص.

يجب أن تبدو الخلايا الكهروضوئية على السطح بشكل مثالي مثل السقف بدون الخلايا الكهروضوئية

حتى لو كان العديد من مقدمي الخدمة يعملون على ذلك: لا توجد حتى الآن أسقف مغطاة بطوب أحمر أصيل أو تقليد مقنع للأردواز الكهروضوئي. لم يتم طرح التقليد المثالي للمظهر في السوق بعد. والمنتجات المبتكرة التي تم تطويرها بالفعل لا تزال ذات كفاءة منخفضة نسبيًا.

ولسوء الحظ، فإن تكاليف العنصر (لا تزال) مرتفعة نسبيا، لأنها ليست (حتى الآن) منتجات ضخمة. ببساطة، ليس من المفيد بعد أن يعتمد البناة على حلول جمالية ولكنها باهظة الثمن ذات عائد منخفض على الاستثمار.

يجب أن يتغير هذا مع جسور فرانكفورت: يجب استخدام جميع العناصر الكهروضوئية غير المرئية، المتوفرة بالفعل في أوروبا ولا تبدو مثل الخلايا الكهروضوئية على الإطلاق، على أسطح الجسور، حيث تعمل الجسور أيضًا كعرض للابتكار. " تعمل التقييمات المنتظمة المصحوبة بمعاهد البحث على زيادة تحسين المنتجات. ويحصل كل زائر للجسر على لمحة عامة محدثة عن الابتكارات التطبيقية، مما يمنحهم فرصة ليصبحوا منتجًا جماعيًا. معرض دائم - يتم تحديثه أو توسيعه باستمرار.

على جسور فرانكفورت، ليس فقط الأسطح، ولكن أيضًا واجهات المباني الحديثة مجهزة بالخلايا الكهروضوئية. وحدات غير واضحة

أبسط حل إذا لم يكن هناك مساحة كافية على السطح:

يتم تثبيت الوحدات الكهروضوئية على الواجهة. خاصة في الهندسة المعمارية الحديثة، يمكن استخدام تأثير المرآة للطبقة الزجاجية فوق الخلايا الكهروضوئية لدمج الوحدات السوداء اللامعة الأنيقة في الهندسة المعمارية.

تبلغ كفاءة هذه الألواح السوداء أحادية البلورة الآن أكثر من 20٪ - على الأقل عندما لا يتعين ثني الوحدات. لسوء الحظ، تتمتع الأسطح الكهروضوئية القابلة للانحناء بكفاءة أقل من الأسطح المستقيمة.

حتى الأسطح الكهروضوئية البيضاء يمكن إنشاؤها باستخدام مرشحات نثر انتقائية

يعكس مرشح الانتثار الانتقائي الضوء المرئي بطبقات متعددة. بهذه الطريقة ، لا نزال نتصور الضوء المرئي من قبلنا نحن البشر ، بينما يتم توجيه الأشعة تحت الحمراء إلى الخلايا الشمسية. يتم تحقيق انعكاس الجزء الأبيض من الضوء من خلال بنية مجهرية إضافية على الجزء الخلفي من الرقاقة. ومع ذلك ، كما هو متوقع ، تستلزم هذه التقنية فقدان الكفاءة ، أي أنها تولد طاقة أقل قليلاً.

يتكون أكثر من ثلث المباني الموجودة على جسور فرانكفورت من الهندسة المعمارية الحديثة، والتي بالإضافة إلى الواجهات الأنيقة والناعمة والداكنة، تحب أيضًا العمل بواجهات خفيفة وبسيطة: كما هو موضح هنا في تصور منزل من عائلة واحدة في شارع هاناوا لاند

يمكن أيضًا استخدام المنطقة العامة: تم تجهيز الجدران الصغيرة على الجسور بالطاقة الكهروضوئية، وهو أمر لا يمكن التعرف عليه على هذا النحو - ولكنه يتمتع أيضًا بكفاءة أقل

تبحث المعاهد والشركات الناشئة في جميع أنحاء العالم عن بدائل للوحدات الكهروضوئية السوداء التقليدية. مثل فرانكفورت ، قامت العديد من المدن والمجتمعات بالفعل بحساب مقدار الكهرباء التي يمكن أن تولدها من خلال الخلايا الكهروضوئية في مناطقها ومتى يمكن أن تصبح محايدة لثاني أكسيد الكربون. إذا تم تجديد المناطق في المناطق العامة ، على سبيل المثال في التصور على الرسم التخطيطي ، يمكن تزويد حتى الجدران الصغيرة بالمناطق التي يتم تنشيطها ضوئيًا لدعم إنارة الشوارع المجاورة.

على سبيل المثال، لا تظهر بعض وحدات التأثير الحجري أن الخلايا الكهروضوئية مخفية خلفها: يتم إخفاء التكنولوجيا والخلايا الكهروضوئية عن المشاهد خلف الزجاج الأمامي المطبوع.

بالإضافة إلى الزجاج الأمامي المطبوع الملون فوق الخلايا الكهروضوئية الفعلية، هناك الآن أيضًا تقنيات يمكن من خلالها إنتاج وحدات كهروضوئية ملونة بالفعل

في حين أن ألوان الوحدات الكهروضوئية كانت هادئة إلى حد ما وكان لها دائما قالب رمادي أو أسود ، هناك الآن تقنية جلبها معهد فراونهوفر من فرايبورغ إلى السوق: ما يسمى ب وحدات " MorphoColor ". لا يتم صبغ نظارات غطاء الوحدات الكهروضوئية بأصباغ ملونة ، ولكن يتم تقليد التأثير المادي لجناح الفراشة: أجنحة الفراشة لها بنية سطح دقيقة بالميكرومتر تعكس اللون على وجه التحديد. قام معهد فراونهوفر بتطبيق هيكل سطحي مماثل على الجزء الخلفي من الطبقة الزجاجية للوحدة الشمسية. اعتمادا على الهيكل ، ينعكس ما يصل إلى 7٪ من الضوء الساقط ، مما يتسبب في إدراك نظارات الغطاء فوق الخلايا الكهروضوئية على أنها زرقاء أو حمراء أو خضراء.

يمكن أيضًا تنشيط العناصر في الأماكن العامة الكهروضوئية على الجسور وتبدو جذابة للغاية

إمكانية أخرى لتمكين التنوع البصري: الأسطح الكهروضوئية المنحنية بدلاً من الوحدات المسطحة الصلبة. ولكن هنا أيضًا، يجب قبول خسائر الكفاءة: لا تزال ما يسمى بـ «تقنية الأغشية الرقيقة» أقل من 15٪ في كفاءتها اليوم.

ومع ذلك، بالإضافة إلى مرونته، فإنه يتمتع بميزة أخرى: الوحدات أخف بكثير وبالتالي فهي متعددة الاستخدامات في الاستخدام. في الحالات التي لا تستوفى فيها المتطلبات الثابتة للوحدات الثقيلة.

بالنسبة لمناطق الجلوس أو الأجنحة أو المظلات في الأماكن العامة، يمكن تنشيط العديد من المناطق الكهروضوئية بواسطة تقنية الأغشية الرقيقة.

حتى النوافذ على الجسور يتم تنشيطها ضوئيًا دون أن يلاحظ المشاهد

يعمل نهج جديد في صناعة الطاقة الكهروضوئية مع مبدأ «توجيه الموجة». يستخدم هذا على الجسور، على سبيل المثال، في نوافذ المباني.

في توجيه الموجة، يتم توجيه إشعاع الحادث إلى حافة النافذة بألواح زجاجية متاحة تجاريًا. ثم يتم توليد الطاقة الكهربائية في الحافة عن طريق الوحدات الكهروضوئية.

وبالتالي فإن النوافذ هي مولدات الطاقة الصغيرة الخاصة بها.

لا يمكن استخدام الحصاد الكهروضوئي للعديد من الأسطح على الجسور بشكل مثالي إلا بمساعدة أنظمة التحكم المتطورة

مع المنطقة الجديدة من جسور فرانكفورت، يمكن أن يُظهر لأصحاب المنازل مدى جمال الخلايا الكهروضوئية غير المرئية وفوق كل شيء على السطح ومدى فعاليتها في جميع مجالات الحياة، بما في ذلك التنقل.

لهذا الغرض ، يتم تطوير نظام تحكم ذكي على الجسور. وبهذه الطريقة ، يمكن تزويد منطقة بأكملها بأرخص تكلفة من الكهرباء ، سواء بالنسبة للبنية التحتية أو "العمليات الفاخرة" الحديثة ، مثل صناديق القمامة المتنقلة ، ومركبات الجسر عند الطلب ، وخدمة النقل الآلي للتسوق (لا مزيد من الجر) والكثير أكثر - بدون "تبذير" في التعامل مع الكهرباء.

بمجرد تغطية الطلب للكهرباء على الجسور ، يتم تخزين الكهرباء الزائدة التي تنتجها الوحدات الكهروضوئية أولا في بطاريات أو تقديمها للمركبات التي تعمل بالكهرباء بجوار الجسور ، والتي يمكنها "إعادة شحن بطارياتها" في محطات الشحن على أرصفة الجسر. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام الكهرباء الزائدة لإنتاج الهيدروجين. يتم استهلاك الهيدروجين الأخضر بواسطة المركبات التي تعمل بالطاقة الهيدروجينية على جسور فرانكفورت ، ويتم تخزين الفوائض لاستخدامها في فصل الشتاء لتوليد الكهرباء والحرارة عن طريق خلايا الوقود.

فقط عندما يتم تلبية هذا الطلب على الجسور وعلى طولها ، يتم ملء جميع أجهزة تخزين الطاقة في الجسور ولا يزال هناك فائض من الكهرباء ، يتم إعادة توصيلها إلى شبكة مورد الكهرباء المحلي ماينوفا  لذلك لا توجد فواتير فردية لكل مبنى مع المورِّد ماينوفا ، ولكن فقط بعد حدوث "شبكة" الجسر الداخلي ، تتم موازنة الجسر مع ماينوفا

تنتج الوحدات الكهروضوئية على الجسور تيارًا مباشرًا، والذي لا يمكن استخدامه مباشرة من قبل مستهلكي الطاقة على الجسور، ولكن يجب إما تحويله إلى تيار مباشر مناسب بجهد مختلف أو - لبعض أنواع الاستخدام النهائي - ليتم تحويله إلى تيار متردد. يتم ذلك باستخدام ما يسمى بالحلول المستقلة يشكل عنصر التوليد والاستهلاك «جزيرة» - على سبيل المثال، في إضاءة الشوارع مع الخلايا الكهروضوئية المتكاملة - بدون منعطفات ؛ ومع ذلك، فإن معظم الكهرباء المنتجة على الجسور يتم تحويلها أولاً إلى مراكز الإمداد الداخلية للجسور، «مراكز الإمداد»، حيث يتم تحويلها على نطاق أوسع ومركزياً قبل إرسالها إلى المستهلكين.

سيحتوي حي الجسر على مراكز إمداد على طول الجسور - سيقومون بتخزين الطاقة وتحويلها ومعالجتها ، ولكن في نفس الوقت ستكون أيضًا بمثابة بنية تحتية لمياه الشرب و مياه الإطفاء والاتصالات وما إلى ذلك.

طاقة الأنظمة الكهروضوئية ليست مباشرة للمباني والفوانيس وما إلى ذلك على الجسور، ولكن يتم توجيهها أولاً إلى ما يسمى بمراكز الإمداد: تقريبًا. كل 500 إلى 1000 متر، يمين أو يسار الجسور، توجد مراكز تحكم حيث تتقارب العديد من الخطوط ويتم توزيع الطاقة الزائدة بذكاء وكفاءة.

على مستوى المشاة، مراكز التوريد ضئيلة للغاية وموفرة للمساحة - لكنها تحت الأرض يصل عمقها إلى مستويين في الطابق السفلي

يتم تكييف كل مركز إمداد بشكل أسلوبي مع التطور المحيط: إذا كانت البيئة تتميز بالمباني القديمة، فإن مراكز الإمداد تتنكر في شكل فيلات فيلهلمينية ؛ ومع ذلك، فهي حديثة للغاية ولكنها مصممة فنيًا: من خلال تأثيرات الإضاءة أو الرسم على الجدران أو الفن الحديث أو الكسوة الحجرية الطبيعية أو غيرها من أساليب الأجهزة الفنية.

لا يمكن توزيع الكهرباء الزائدة فقط على الجسور داخل المنطقة ، ولكن أيضًا ، على سبيل المثال ، عن طريق شحن السيارات التي تعمل بالكهرباء على الجسور وبجوارها.

إذا تم توفير الكهرباء لجميع المستهلكين على الجسور وعلى طولها وكانت صهاريج التخزين الخاصة بهم ممتلئة ، فيجب إدخالها في شبكة المرافق العامة: لا يتم إصدار فاتورة لسكان الجسر أو المستخدمين بشكل فردي من قبل شركة المرافق ، ولكن "شبكة الجسر الداخلي "ماينوفا "داخل المنطقة يقع المكان رقم 1 ، يليه ملء مخازن الجسر الخاصة وتزويد المركبات على طول الجسور. فقط في النهاية يتم موازنتها مع ماينوفا عبر عقد الإمداد الداخلية للجسر ، "مراكز الإمداد".

جسور فرانكفورت شبه مكتفية ذاتيًا: تبلغ درجة الاكتفاء الذاتي ونسبة الاستهلاك الذاتي أكثر من 90٪ وحوالي 100٪ على التوالي

وتصف درجة الاكتفاء الذاتي النسبة بين الاكتفاء الذاتي والاستهلاك الكلي. يمكن لجسور فرانكفورت تغطية جميع احتياجاتها من الكهرباء تقريبًا من خلال الإمداد الذاتي.

وبهذه الطريقة، يتم تقليل تبادل الكهرباء مع شبكة الطاقة الحضرية: يتم تخزين الكهرباء الزائدة إما في البطاريات أو يتم إنتاج الهيدروجين - وكلاهما يقلل بشكل كبير من تغذية الشبكة. وهذا يؤدي إلى ارتفاع نسبة الاستهلاك الذاتي: الاستهلاك الذاتي مشمول بإنتاج الكهرباء الخاص به إلى ما يقرب من 100٪.

على جسور فرانكفورت، لا يتم استخدام الكهرباء من الخلايا الكهروضوئية فحسب، بل يتم أيضًا استخدام الحرارة من الطاقة الشمسية الحرارية

تستخدم الأنظمة الحرارية الشمسية الحرارة الشمسية لتوليد الطاقة. لذلك، تحتاج نسبيًا إلى أشعة الشمس المستمرة قدر الإمكان، إذا كنت ترغب في تسخين منزل بأكمله به. وفقًا لذلك، عادة ما يتم استخدام الطاقة الحرارية الشمسية في أوروبا الوسطى فقط جنبًا إلى جنب مع أنظمة الطاقة الأخرى، مما يدعم التدفئة العادية في الطابق السفلي - بما في ذلك جسور فرانكفورت.

على الجسور، تم تصميم جزء كبير من الوحدات الشمسية على أنها ما يسمى بالمجمعات الهجينة: يمكنها توليد الكهرباء على سطحها من خلال الخلايا الكهروضوئية وفي نفس الوقت جمع الطاقة الحرارية عبر الخطوط أدناه. في الصيف، يتم تخزين الحرارة تحت الأرض في ما يسمى تخزين الطاقة الحرارية في البئر (BTES) ؛ ويستخدم في فصل الشتاء عن طريق دعم المضخات الحرارية بالماء الفاتر.

يمكن تخزين فوائض الحرارة في الصيف في الأرض باستخدام حقول المسبار على طول جسور فرانكفورت

التخزين المحتمل للطاقة الحرارية الزائدة هو حقول المسبار الحراري الأرضي القريبة من السطح، والتي سيتم تركيبها في سياق مشروع البناء حيث يجب تجديد سطح الطريق لبناء الجسور على أي حال.