Gennemsigtige Solcellepaneler

Gennemsigtige solpaneler er en innovativ løsning inden for vedvarende energi, der muliggør generering af elektricitet, samtidig med at de tillader synligt lys at passere igennem. Dette åbner op for en bred vifte af anvendelser inden for byggeri, arkitektur og forbrugerelektronik.

Teknologien bag organiske solceller

Organiske solceller (OPV) er enheder, der er opbygget af forbindelser indeholdende carbonatomer, der bruger polymerer og små organiske molekyler, som er i stand til at absorbere sollys og lede elektricitet. Strukturen af en typisk organisk solcelle består af lag placeret mellem elektroder (inklusive en transparent elektrode), hvor det aktive lag, der er en blanding af donor- og akceptorforbindelser af elektroner, spiller en nøglerolle. Produktionsprocessen omfatter blanding af molekyler, der afgiver og modtager elektroner, med et opløsningsmiddel, dannelse af et tyndt aktivt lag og fordampning af elektroder, hvor katoden normalt er et lag af aluminium.

OPV-celler udmærker sig ved adskillige fordele: de er fleksible, halvgennemsigtige, lette og kan endda indeholde et 1000 gange tyndere lysabsorberende lag end siliciumceller. Trods disse fordele kæmper teknologien med udfordringer i form af lav effektivitet, lav driftsstabilitet og kort levetid, primært på grund af modtagelighed for nedbrydning under påvirkning af fugt, ilt og sollys. Forskningen fokuserer på at forbedre disse parametre, og de seneste fremskridt har gjort det muligt at opnå en energiomdannelse på næsten 20%. Forskere arbejder på at forstå transporten af ladninger i disse celler og opdager, at tætheden af tilstande, der er ansvarlige for denne proces, er mere kompleks end tidligere antaget.

Anvendelser i bygningsfacader

Gennemsigtige solpaneler finder særligt lovende anvendelse i bygningsintegreret solcelleanlæg (BIPV), hvor de problemfrit integreres i konstruktionselementer såsom facader, tage eller vinduer. Denne teknologi opfylder en dobbeltfunktion - den udgør en integreret del af bygningens beklædning og omdanner samtidig solenergi til elektricitet. Det anslås, at der alene i USA er et potentiale for at udnytte omkring 7 milliarder kvadratmeter glasoverflader, fra hjemmevinduer til skyskraberfacader, som kunne udnyttes af gennemsigtige solceller.

Praktiske anvendelser af denne teknologi omfatter:

• Integration med bygningsfacader uden negativ indvirkning på deres æstetik.
• Anvendelse i drivhuse, hvor paneler ikke kun leverer energi til opvarmning og belysning, men også reducerer energiomkostningerne (i et tysk projekt med ca. 20%).
• Montering på vinduer, glastage og facader, hvor traditionelle uigennemsigtige paneler ikke kunne anvendes.
• Implementering i ovenlysvinduer, hvor naturligt lys er nødvendigt, samtidig med at funktionen til at generere energi bevares.

Effektiviteten af halvgennemsigtige paneler

Effektiviteten af halvgennemsigtige solcellepaneler er et kompromis mellem lystransmission og energieffektivitet. I modsætning til standard monokrystallinske paneler, der opnår en effektivitet på 19-24%, er halvgennemsigtige moduler normalt kendetegnet ved en lidt lavere effektivitet på grund af deres evne til at lade en del af solstrålingen passere igennem. Den schweiziske model CLI400M10, der bruger 108 monokrystallinske TOPCon-celler, er et eksempel på avanceret BIPV-teknologi (Building Integrated Photovoltaics), der opretholder en høj ydeevne trods den halvgennemsigtige konstruktion.

Nøgleparametre, der påvirker effektiviteten af halvgennemsigtige paneler:

• Produktionsteknologi af celler - den højeste effektivitet tilbydes af monokrystallinske løsninger.
• Vejrforhold - sollys og temperatur påvirker direkte energiudbyttet.
• Holdbarhed - halvgennemsigtige paneler af høj kvalitet bevarer op til 88% af den oprindelige ydeevne efter 30 års brug.
• Orientering og hældningsvinkel - korrekt montering kan øge effektiviteten betydeligt, hvor en korrekt installeret 1 kWp nominel effekt i Danmark bør generere omkring 1000 kWh om året.

Optimering af Plantevækst

Halvgennemsigtige solcellepaneler tilbyder unikke fordele for planter i bygninger, især i drivhuse. Undersøgelser fra North Carolina State University har vist, at salat dyrket under organiske solceller (ST-OSC) ikke viste væsentlige forskelle i nøgleparametre, såsom niveauet af antioxidanter, CO₂-absorption, størrelse og vægt sammenlignet med planter dyrket under standardforhold. Dette skyldes, at disse specialiserede paneler primært absorberer bølgelængder af lys, som ikke bruges af planter i fotosyntesen.

Avancerede agrophotovoltaiske systemer optimerer desuden plantevæksten gennem:

• Omdannelse af UV-stråling til rødt spektrum, som er mere fordelagtigt for fotosyntesen takket være anvendelsen af nanoteknologi.
• Skabelse af et gunstigt mikroklima gennem delvis skygge, som reducerer varmechok for planterne.
• Regulering af temperaturen i drivhuse, hvilket eliminerer behovet for yderligere opvarmning eller køling.
• Øgning af produktionen af plantebiomasse med op til 50% ved korrekt placering af paneler.

Avancerede Halvledermaterialer

Gennemsigtige solcellepaneler bruger innovative materialer og teknologier, der giver dem mulighed for selektivt at absorbere bølgelængder af lys, der er usynlige for det menneskelige øje, samtidig med at de tillader synligt lys at passere igennem. De vigtigste materialer, der bruges i disse konstruktioner, er indiumtinoxid (ITO), wolframdisulfid og organiske salte, der absorberer ultraviolet og infrarød stråling. Forskere fra Michigan State University udviklede de første fuldt gennemsigtige celler i 2014 ved hjælp af organiske forbindelser til at absorbere usynlige bølgelængder, hvilket gjorde det muligt for glas at fungere som en typisk rude, samtidig med at det producerede energi.

Teknologisk set er gennemsigtige paneler opdelt i flere typer:

• Perovskitiske solceller med et bredt forbudt bånd, der fungerer som effektive UV-absorbere.
• Farvestofsensibiliserede solceller absorberende nær infrarød (NIR).
• Organiske solceller (OPV) bruger carbonforbindelser, der tilbyder fleksibilitet og lavere produktionsomkostninger.
• Tandemsystemer der kombinerer forskellige teknologier og opnår en energiomdannelseseffektivitet (PCE) på op til 14% med en gennemsnitlig lystransmission (AVT) på over 55%.

De seneste fremskridt inden for dette område giver mulighed for at skabe celler med en gennemsigtighed på op til 80% med en effektivitet på op til 8%, hvilket visuelt ligner et vindue med dobbeltglas. Selvom den nuværende ydeevne af gennemsigtige paneler er lavere end traditionelle siliciumløsninger, antyder deres applikationspotentiale og igangværende forskningsarbejde en betydelig udvikling af denne teknologi i de kommende år.