Permatomi fotovoltiniai skydai

Permatomi saulės skydeliai yra inovatyvus atsinaujinančios energijos sprendimas, leidžiantis generuoti elektros energiją, tuo pačiu praleidžiant matomą šviesą, o tai atveria plačias galimybes statybose, architektūroje ir vartotojų elektronikoje.

Organinių fotovoltinių ląstelių technologija

Organinės fotovoltinės ląstelės (OPV)Tai įrenginiai, sudaryti iš anglies junginių, naudojančių polimerus ir mažas organines molekules, gebančias sugerti saulės spindulius ir vesti energiją. Įprastos organinių ląstelių struktūros sudaro sluoksnius tarp elektrodų (įskaitant vieną permatomą), kur svarbiausia yra aktyvioji sluoksnis sudarytas iš donorinių ir akceptorinių elektronų mišinio. Gamybos procesas apima donorinių ir priimančiųjų elektronų molekulių maišymą su tirpikliu, ploną aktyvią sluoksnį formuojant ir dengiant elektodus, iš kurių katodą dažnai sudaro aliuminio sluoksnis.

OPV ląstelės išsiskiria daugybe privalumų: yralankstūs, pusiau skaidrūs, lengviir gali būti net 1000 kartų plonesnė šviesos sugerties sluoksnis nei silicio įtaisai. Nepaisant šių privalumų, technologija susiduria su iššūkiais: žemas našumas, mažas stabilumas ir trumpa gyvenimo trukmė, daugiausia dėl jautrumo drėgmei, deguoniui ir saulės šviesai. Tyrimai koncentruojami į šių parametrų gerinimą, o naujausios pažangos leido pasiekti energijos konversijos lygį beveik 20%.20%Mokslininkai dirba, kad suprastų įkrovos transportą šiose ląstelėse, atskleidžiant, jog šio proceso būsenų tankis yra sudėtingesnis negu anksčiau manyta.

Naudojimas pastatų fasaduose

Permatomi saulės skydeliai turi ypač perspektyvių taikymo sričiųfotovoltika integruota su pastatu (BIPV), kur jie be problemų yra įtaisomi į konstrukcinius elementus, tokius kaip fasadai, stogai ar langai. Ši technologija atlieka dvigubą funkciją – tampa pastato danga bei paverčia saulės energiją į elektros energiją. Manoma, kad tik JAV yra apie 7 milijardų kvadratinių metrų stiklo paviršių, kuriuos galima panaudoti permatomaisiais fotovoltiniais ląstelėmis.7 milijardai kvadratinių metrų stiklo paviršių , nuo namų langų iki dangoraižių fasadų, kurie galėtų būti užpildyti permatomomis fotovoltinėmis ląstelėmis.

Praktiniai šios technologijos taikymo pavyzdžiai:

• Integraciją su pastatų fasadais, nekeičiančiu jų estetikos.
• Naudojimas šiltnamiuose, kur skydeliai ne tik teikia energiją šildymui ir apšvietimui, bet ir sumažina energijos išlaidas (viename Vokietijos projekte apie 20%).
• Diegimas ant langų, stiklinių stogų ir fasadų, kur tradiciniai nepermatomi skydeliai negalėtų būti panaudojami.
• Įdiegimas švieslangėse, kur natūrali šviesa yra būtina, tuo pačiu išsaugant energijos generavimo funkciją.

Pusiau skaidrių panelių efektyvumas

Pusiau skaidrių fotovoltinių panelių efektyvumas yra kompromisas tarp šviesos pralaidumo ir energijos konversijos. Skirtingai nei įprastinių vienakristalinių plokščių, kurios pasiekia 19–24% našumą, pusiau skaidrūs moduliai paprastai pasižymi šiek tiek mažesniu našumu dėl jų gebėjimo praleisti dalį saulės šviesos. Šveicarijos CLI400M10 modelis, naudojantis 108 vienakristalines TOPCon ląsteles, yra pažangios BIPV technologijos pavyzdys, kuri išlaiko aukštą našumą nepaisant pusiau skaidrios konstrukcijos.

Pagrindiniai parametrai, daranantys įtakos pusiau skaidrių panelių efektyvumui:

• Ląstelių gamybos technologija- aukščiausią našumą siūlo monokristalinės technologijos.
• Oro sąlygos- saulės spinduliuotė ir temperatūra tiesiogiai veikia energijos gavimą.
• Ilgaamžiškumas- aukštos kokybės pusiau skaidrūs skydeliai išlaiko iki 88% pirminio našumo po 30 metų.
• Orientacija ir pasvirimo kampas- tinkamas montavimas gali žymiai padidinti efektyvumą, o teisingai sumontuotas 1 kW nominalios galios modulis Lenkijoje turėtų generuoti apie 1000 kWh per metus.

Augimo augimo optimizavimas

Pusiau skaidrūs fotovoltiniai skydeliai suteikia unikalių privalumų augalams pastatuose, ypač šiltnamiuose. Tyrimai iš Šiaurės Karolinos valstijos universiteto parodė, kad salotos, augintos po organinėmis saulės ląstelėmis (ST-OSC), neturi reikšmingų skirtumų pagrindiniuose parametruose, tokiuose kaip antioksidantų lygis, CO2 įsisavinimas, dydis ir svoris, lyginant su augalais auginamais įprastomis sąlygomis. Taip yra todėl, kad šie specializuoti skydeliai daugiausia sugeria šviesos bangas, kurių augalai fotosintezės metu naudoja nedaug.

Pažangios agrovoltaikos sistemos papildomai skatina augimą taip:

• UV spindulių pavertimas į raudonąjį spektro dalį, naudingą fotosintezei, taikant nano-technologijas.
• Sukuriant palankų mikroklimatą daliniu pavėsiu, kuris sumažina augalų terminių stresą.
• Šiltnamių temperatūros reguliavimą, kuris pašalina poreikį papildomam šildymui ar aušinimui.
• Augalų biomasės gamybos padidėjimas net iki50%esant tinkamam plokščių išdėstymui.

Pažangios puslaidininkų medžiagos

Permatomi fotovoliniai skydeliai naudoja inovatyvias medžiagas ir technologijas, leidžiančias selektyviai sugerti nematomus žmogaus akių bangos ilgius, tuo pačiu praleidžiant matomą šviesą. Pagrindinės naudojamos medžiagos šiose konstrukcijose yraindijo tin oksidas (ITO), volframo disulfidas (WS2) ir organinės kilmės druskoskurios sugeria ultravioletinę ir infraraudonąją spinduliuotę. Mičigano valstijos universiteto mokslininkai 2014 m. sukūrė pirmąsias visiškai permatomas ląsteles, naudodami organines medžiagas sugerti nematomus bangos ilgius, leidžiančius stiklo kaip įprastai stiklo funkciją generuoti energiją.

Technologiškai, permatomi skydeliai skirstomi į kelis tipus:

• Perovskitinių saulės ląsteliųsu plačiu uždraudžiamuoju spektru, veikiantys kaip efektyvūs UV absorbentai.
• Dažninės saulės ląstelėssugerdant artimąją infraraudonąją spinduliuotę (NIR).
• Organinės fotovoltinės ląstelės (OPV)kurios naudoja anglies junginius, siūlo lankstumą ir žemesnes gamybos sąnaudas.
• Sistemų tandemųderinant skirtingas technologijas, pasiekiant energijos konversijos efektyvumą (PCE) iki14%su vidutine matomojo šviesos pralaidumu (AVT) viršijančiu55%.

Naujiausios pažangos šioje srityje leidžia kurti ląsteles, kurios permatomos iki80%su efektyvumu iki8%, kuris vizualiai primena langą su dviguba stiklo plokštele. Nors dabartinis permatomų plokščių našumas yra mažesnis nei tradicinių silikoninių sprendimų, jų taikymo potencialas ir tęsiami tyrimai rodo reikšmingą šios technologijos vystymąsi artimiausiais metais.