Průhledné Fotovoltaické Panely

Průhledné solární panely představují inovativní řešení v oblasti obnovitelné energie, umožňující generování elektrické energie při současném propouštění viditelného světla, což otevírá široké spektrum použití ve stavebnictví, architektuře a spotřební elektronice.

Technologie organických fotovoltaických článků

Organické fotovoltaické články (OPV) jsou zařízení postavená ze sloučenin obsahujících atomy uhlíku, využívající polymery a malé organické molekuly schopné absorbovat sluneční záření a vést elektrickou energii. Struktura typického organického článku se skládá z vrstev umístěných mezi elektrodami (včetně jedné transparentní), kde klíčovou roli hraje aktivní vrstva, která je směsí donorových a akceptorových elektronů. Proces výroby zahrnuje míchání molekul, které odevzdávají a přijímají elektrony, s rozpouštědlem, vytváření tenké aktivní vrstvy a napařování elektrod, z nichž katodu obvykle tvoří vrstva hliníku.

Články OPV se vyznačují řadou výhod: jsou flexibilní, poloprůhledné, lehké a mohou obsahovat dokonce 1000krát tenčí vrstvu pohlcující světlo než křemíkové články. I přes tyto výhody se technologie potýká s výzvami v podobě nízké účinnosti, malé stability práce a krátké životnosti, hlavně z důvodu náchylnosti k degradaci pod vlivem vlhkosti, kyslíku a slunečního záření. Výzkum se koncentruje na zlepšení těchto parametrů a nejnovější úspěchy umožnily získat konverzi energie na úrovni téměř 20 %. Vědci pracují na porozumění transportu nábojů v těchto článcích a zjišťují, že hustota stavů zodpovědná za tento proces je složitější, než se dříve myslelo.

Použití ve fasádách budov

Průhledné solární panely nacházejí obzvláště slibné použití ve fotovoltaice integrované do budovy (BIPV), kde jsou bezproblémově začleněny do konstrukčních prvků, jako jsou fasády, střechy nebo okna. Tato technologie splňuje dvojí funkci – tvoří integrální součást opláštění budovy a zároveň přeměňuje sluneční energii na elektrickou. Odhaduje se, že jen ve Spojených státech existuje potenciál využití přibližně 7 miliard metrů čtverečních skleněných ploch, od oken domů po fasády mrakodrapů, které by mohly být využity průhlednými fotovoltaickými články.

Praktické aplikace této technologie zahrnují:

• Integraci s fasádami budov bez negativního vlivu na jejich estetiku.
• Využití ve sklenících, kde panely nejen dodávají energii pro vytápění a osvětlení, ale také snižují energetické výdaje (v jednom z německých projektů o cca 20 %).
• Montáž na okna, skleněné střechy a fasády, kde tradiční neprůhledné panely nemohly být použity.
• Implementaci ve světlících, kde je přirozené světlo nezbytné, při současném zachování funkce generování energie.

Účinnost poloprůhledných panelů

Účinnost poloprůhledných fotovoltaických panelů je kompromisem mezi propustností světla a energetickou účinností. Na rozdíl od standardních monokrystalických panelů, které dosahují účinnosti 19–24 %, se poloprůhledné moduly obvykle vyznačují o něco nižší účinností kvůli jejich schopnosti propouštět část slunečního záření. Švýcarský model CLI400M10, využívající 108 monokrystalických článků TOPCon, představuje příklad pokročilé technologie BIPV (Building Integrated Photovoltaics), která zachovává vysokou účinnost i přes poloprůhlednou konstrukci.

Klíčové parametry ovlivňující účinnost poloprůhledných panelů:

• Technologie výroby článků - nejvyšší účinnost nabízejí monokrystalická řešení.
• Atmosférické podmínky - sluneční záření a teplota přímo ovlivňují energetický zisk.
• Trvanlivost - vysoce kvalitní poloprůhledné panely si zachovávají až 88 % původní účinnosti po 30 letech používání.
• Orientace a úhel sklonu - správná montáž může výrazně zvýšit účinnost, přičemž správně instalovaný 1 kWp jmenovitého výkonu by měl v České republice generovat přibližně 1000 kWh ročně.

Optimalizace růstu rostlin

Poloprůhledné fotovoltaické panely nabízejí jedinečné výhody pro rostliny v budovách, zejména ve sklenících. Výzkumy z Univerzity Severní Karolíny ukázaly, že salát pěstovaný pod organickými solárními články (ST-OSC) nevykazoval významné rozdíly v klíčových parametrech, jako je úroveň antioxidantů, absorpce CO₂, velikost a hmotnost ve srovnání s rostlinami pěstovanými ve standardních podmínkách. Děje se tak proto, že tyto specializované panely pohlcují hlavně délky vln světla, které rostliny v procesu fotosyntézy nevyužívají.

Pokročilé agrofotovoltaické systémy navíc optimalizují růst rostlin prostřednictvím:

• Přeměny UV záření na červené spektrum, které je výhodnější pro fotosyntézu díky použití nanotechnologie.
• Vytváření příznivého mikroklimatu prostřednictvím částečného zastínění, které snižuje tepelný stres rostlin.
• Regulace teploty ve sklenících, což eliminuje potřebu dodatečného vytápění nebo chlazení.
• Zvýšení produkce rostlinné biomasy až o 50 % při správném rozmístění panelů.

Pokročilé polovodičové materiály

Průhledné fotovoltaické panely využívají inovativní materiály a technologie, které jim umožňují selektivně pohlcovat lidskému oku neviditelné délky vln světla a zároveň propouštět viditelné světlo. Klíčovými materiály používanými v těchto konstrukcích jsou oxid india a cínu (ITO), disulfid wolframu a organické soli, které absorbují ultrafialové a infračervené záření. Vědci z Michigan State University vyvinuli první plně průhledné články v roce 2014, využívající organické sloučeniny k pohlcování neviditelných délek vln, což umožnilo fungování skla jako typické tabule při současné produkci energie.

Technologicky se průhledné panely dělí na několik typů:

• Perovskitové solární články s širokým zakázaným pásem, fungující jako účinné absorbéry UV.
• Barvivové solární články absorbující blízkou infračervenou oblast (NIR).
• Organické fotovoltaické články (OPV) využívající sloučeniny uhlíku, nabízející flexibilitu a nižší náklady na výrobu.
• Tandemové systémy kombinující různé technologie, dosahující účinnosti konverze energie (PCE) až 14 % při průměrné propustnosti viditelného světla (AVT) nad 55 %.

Nejnovější pokroky v této oblasti umožňují vytvářet články s průhledností dosahující 80 % při účinnosti až 8 %, což vizuálně připomíná okno s dvojitým zasklením. Přestože je současná účinnost průhledných panelů nižší než tradičních křemíkových řešení, jejich aplikační potenciál a probíhající výzkumné práce naznačují významný rozvoj této technologie v nejbližších letech.