Prozirni fotonaponski paneli

Prozirni sunčani paneli predstavljaju inovativno rješenje na području obnovljive energije, omogućujući proizvodnju električne energije uz istovremeno propuštanje vidljive svjetlosti, što otvara širok spektar primjena u građevinarstvu, arhitekturi i potrošačkoj elektronici.

Tehnologija organskih fotonaponskih ćelija

Organske fotonaponske ćelije (OPV)To su uređaji sastavljeni od spojeva koji sadrže atome ugljika, koriste polimere i male organske molekule sposobne apsorbirati sunčevu zračenju i provoditi električnu energiju. Struktura tipične organske ćelije sastoji se od slojeva postavljenih između elektroda (uključujući jednu prozirnu), pri čemu ključnu ulogu ima aktivni sloj koji je mješavina donornih i akceptornih spojeva elektrona. Proces proizvodnje uključuje miješanje molekula koje doniraju i prihvaćaju elektrone otapalom, stvaranje tankog aktivnog sloja te nanošenje elektroda, pri čemu katoda obično čini sloj aluminija.

Organske fotonaponske ćelije odlikuju se brojnim prednostima: one suelastične, poluprozirne, lagane i mogu sadržavati sloj za apsorpciju svjetla čak tisuću puta tanji nego kod silicijskih ćelija. Unatoč tim prednostima, tehnologija se suočava s izazovima niske učinkovitosti, loše stabilnosti rada i kratkog vijeka trajanja, uglavnom zbog sklonosti degradaciji pod utjecajem vlage, kisika i sunčeve svjetlosti. Istraživanja su usmjerena na poboljšanje tih parametara, a najnovija postignuća dopustila su postizanje konverzije energije na razini gotovo 20%.20%Znanstvenici rade na razumijevanju transporta nosioca naboja u tim ćelijama, otkrivajući da je gustoća stanja odgovorna za taj proces složenija nego što se prije mislilo.

Primjene na fasadama zgrada

Prozirni sunčani paneli nalaze posebno obećavajuću primjenu ufotovoltaički paneli integrirani u zgrade (BIPV), gdje su bez problema uključene u građevinske elemente poput fasada, krovova ili prozora. Ova tehnologija ispunjava dvostruku funkciju – predstavlja integralni dio vanjštine zgrade, a istovremeno pretvara sunčevu energiju u električnu. Procjenjuje se da samo u Sjedinjenim Državama postoji potencijal iskorištavanja oko7 milijardi kvadratnih metara staklenih površina, od kućnih prozora do fasada nebodera, koje bi mogle biti iskorištene kroz prozirne fotonaponske ćelije.

Praktične primjene ove tehnologije uključuju:

• Integraciju s fasadama zgrada bez negativnog utjecaja na njihovu estetiku.
• Korištenje u staklenicima, gdje ploče ne samo da osiguravaju energiju za grijanje i rasvjetu, već i smanjuju energetičke troškove (u jednom njemačkom projektu za oko 20%).
• Montaža na prozorima, staklenim krovovima i pročeljima, gdje bi tradicionalni neprozračni paneli bili teško primjenjivi.
• Implementaciju u svjetlarnicima, gdje je prirodno svjetlo neophodno, uz istovremeno generiranje energije.

Učinkovitost poluprozirnih panela

Učinkovitost poluprozirnih fotonaponskih panela je kompromis između prozirnosti svjetla i energetske učinkovitosti. Za razliku od standardnih monokrystalnih панела koji postižu učinkovitost 19-24%, poluprozirni moduli obično imaju nešto nižu učinkovitost zbog sposobnosti propuštanja dijela sunčevog zračenja. Švicarski model CLI400M10, koji koristi 108 monokrystalnih ćelija TOPCon, predstavlja primjer napredne tehnologije BIPV (građevinski integrirana fotonaponska) koja zadržava visoku učinkovitost unatoč poluprozirnoj konstrukciji.

Ključni parametri koji utječu na učinkovitost poluprozirnih panela:

• Tehnologija proizvodnje ćelija - najvišu učinkovitost nude monokrystalna rješenja.
• Uvjeti okoliša - sunčeva svjetlost i temperatura izravno utječu na energetički prinos.
• Trajnost - visokokvalitetni poluprozirni paneli zadržavaju do 88% prvotne učinkovitosti nakon 30 godina korištenja.
• Orijentacija i kut nagiba - odgovarajući način montaže može značajno povećati učinkovitost, pri čemu ispravno instaliranih 1 kW-peak (kWp) snage u Poljskoj bi trebao generirati oko 1000 kWh godišnje.

Optimizacija rasta biljaka

Poluprozirni fotonaponski paneli nude jedinstvene koristi za biljke u zgradama, osobito u staklenicima. Istraživanja Sveučilišta u Sjevernoj Karolini pokazala su da salata uzgajana pod organskim fotonaponskim ćelijama (ST-OSC) nije pokazala značajne razlike u ključnim parametrima, poput razine antioksidansa, apsorpcije CO₂, veličine i težine u usporedbi s biljkama uzgajanim u standardnim uvjetima. To se događa jer su ti specijalizirani paneli uglavnom apsorbiraju duljine vala svjetla koje biljke ne koriste u procesu fotosinteze.

Napredni agrovoltaijski sustavi dodatno optimiziraju rast biljaka kroz:

• Pretvaranje UV zračenja u crveno spektru, pogodnije za fotosintezu zahvaljujući primjeni nanotehnologije.
• Stvaranje povoljne mikroklime djelomičnim zatamnjenjem koje smanjuje toplinski stres biljaka.
• Regulacija temperature u staklenicima, što uklanja potrebu za dodatnim grijanje ili hlađenjem.
• Povećanje proizvodnje biomase biljaka čak za50% uz pravilno raspoređivanje panela.

Napredni poluvodički materijali

Prozirni fotonaponski paneli koriste inovativne materijale i tehnologije koji im omogućuju selektivno apsorbiranje valova svjetla koje ljudsko oko ne može vidjeti, dok istovremeno propuštaju vidljivo svjetlo. Ključni materijali korišteni u ovim konstrukcijama suoksid indija i kalaja (ITO), disulfid wolframu (WS2) i organske soli, koji apsorbiraju ultraljubičasto i infracrveno zračenje. Znanstvenici s Michigan State University razradili su prve potpuno prozirne ćelije 2014. godine, koristeći organske spojeve za apsorpciju nevidljivih valnih duljina, što je omogućilo da staklo funkcionira kao običan prozor uz istovremenu proizvodnju energije.

Tehnološki, prozirni paneli dijele se na nekoliko tipova:

• Perovskitne solarne ćelije s širokim zabranjenim pojasom, koji djeluju kao učinkoviti UV apsorberi.
• Pigmentne solarne ćelije koje apsorbiraju blisku infracrvenu (NIR).
• Organske fotonaponske ćelije (OPV) koje koriste ugljične spojeve, nude fleksibilnost i niži trošak proizvodnje.
• Sustavi tandemski koji kombiniraju različite tehnologije, postižući učinkovitost konverzije energije (PCE) do14% uz prosječnu prozirnost vidljivog svjetla (AVT) iznad55%.

Najnovija dostignuća u ovoj oblasti omogućuju stvaranje ćelija s prozirnošću do80% uz učinkovitost do8%, što vizualno podsjeća na prozor s dvostrukim staklom. Iako trenutna učinkovitost prozirnih panela nije veća od tradicionalnih silicijskih rješenja, njihov potencijal primjene i nastavljena istraživanja ukazuju na značajan napredak ove tehnologije u narednim godinama.