Panouri Fotovoltaice Transparente

Panourile solare transparente reprezintă o soluție inovatoare în domeniul energiei regenerabile, permițând generarea de energie electrică, permițând în același timp trecerea luminii vizibile, ceea ce deschide un spectru larg de aplicații în construcții, arhitectură și electronică de consum.

Tehnologia celulelor fotovoltaice organice

Celulele fotovoltaice organice (OPV) sunt dispozitive construite din compuși care conțin atomi de carbon, utilizând polimeri și molecule organice mici, capabile să absoarbă radiația solară și să conducă energia electrică. Structura unei celule organice tipice este formată din straturi plasate între electrozi (inclusiv unul transparent), unde rolul cheie îl joacă stratul activ, fiind un amestec de compuși donori și acceptori de electroni. Procesul de fabricație include amestecarea moleculelor care cedează și primesc electroni cu un solvent, crearea unui strat activ subțire și evaporarea electrozilor, catodul fiind de obicei un strat de aluminiu.

Celulele OPV se remarcă prin numeroase avantaje: sunt flexibile, semitransparente, ușoare și pot conține chiar și un strat absorbant de lumină de 1000 de ori mai subțire decât celulele de siliciu. În ciuda acestor avantaje, tehnologia se confruntă cu provocări sub forma unei eficiențe scăzute, a unei stabilități reduse a funcționării și a unei durate de viață scurte, în principal din cauza susceptibilității la degradare sub influența umidității, a oxigenului și a luminii solare. Cercetările se concentrează pe îmbunătățirea acestor parametri, iar cele mai recente realizări au permis obținerea unei conversii de energie de aproape 20%. Oamenii de știință lucrează pentru a înțelege transportul sarcinilor în aceste celule, descoperind că densitatea stărilor responsabile pentru acest proces este mai complexă decât se credea anterior.

Aplicații în fațadele clădirilor

Panourile solare transparente găsesc o aplicație deosebit de promițătoare în fotovoltaica integrată în clădiri (BIPV), unde sunt integrate perfect în elemente structurale, cum ar fi fațade, acoperișuri sau ferestre. Această tehnologie îndeplinește o funcție dublă – este o parte integrantă a învelișului clădirii, transformând în același timp energia solară în energie electrică. Se estimează că numai în Statele Unite există potențialul de a utiliza aproximativ 7 miliarde de metri pătrați de suprafețe de sticlă, de la ferestrele caselor până la fațadele zgârie-nori, care ar putea fi valorificate de celulele fotovoltaice transparente.

Aplicațiile practice ale acestei tehnologii includ:

• Integrarea cu fațadele clădirilor fără a afecta negativ estetica lor.
• Utilizarea în sere, unde panourile nu numai că furnizează energie pentru încălzire și iluminat, dar și reduc cheltuielile cu energia (într-unul dintre proiectele germane cu aproximativ 20%).
• Montarea pe ferestre, acoperișuri de sticlă și fațade, unde panourile tradiționale opace nu ar putea fi utilizate.
• Implementarea în luminatoare, unde lumina naturală este esențială, menținând în același timp funcția de generare a energiei.

Eficiența panourilor semitransparente

Eficiența panourilor fotovoltaice semitransparente este un compromis între transmisia luminii și eficiența energetică. Spre deosebire de panourile monocristaline standard, care ating o eficiență de 19-24%, modulele semitransparente se caracterizează de obicei printr-o eficiență ceva mai scăzută datorită capacității lor de a transmite o parte din radiația solară. Modelul elvețian CLI400M10, care utilizează 108 celule monocristaline TOPCon, este un exemplu de tehnologie avansată BIPV (Building Integrated Photovoltaics), care menține o eficiență ridicată în ciuda construcției semitransparente.

Parametrii cheie care afectează eficiența panourilor semitransparente:

• Tehnologia de producție a celulelor - cea mai mare eficiență este oferită de soluțiile monocristaline.
• Condițiile atmosferice - însorirea și temperatura afectează direct randamentul energetic.
• Durabilitatea - panourile semitransparente de înaltă calitate mențin până la 88% din eficiența inițială după 30 de ani de utilizare.
• Orientarea și unghiul de înclinare - o instalare adecvată poate crește semnificativ eficiența, iar 1 kWp de putere nominală instalată corect ar trebui să genereze aproximativ 1000 kWh pe an în România.

Optimizarea Creșterii Plantelor

Panourile fotovoltaice semitransparente oferă beneficii unice pentru plantele din clădiri, în special în sere. Studiile de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord au arătat că salata cultivată sub celule solare organice (ST-OSC) nu a prezentat diferențe semnificative în parametrii cheie, cum ar fi nivelul de antioxidanți, absorbția CO₂, dimensiunea și greutatea, comparativ cu plantele cultivate în condiții standard. Acest lucru se întâmplă deoarece aceste panouri specializate absorb în principal lungimile de undă ale luminii neutilizate de plante în procesul de fotosinteză.

Sistemele agrovoltaice avansate optimizează suplimentar creșterea plantelor prin:

• Transformarea radiației UV în spectrul roșu, mai favorabil pentru fotosinteză datorită utilizării nanotehnologiei.
• Crearea unui microclimat favorabil prin umbrire parțială, care reduce stresul termic al plantelor.
• Reglarea temperaturii în sere, ceea ce elimină necesitatea încălzirii sau răcirii suplimentare.
• Creșterea producției de biomasă vegetală chiar și cu 50% cu o amplasare adecvată a panourilor.

Materiale Semiconductoare Avansate

Panourile fotovoltaice transparente utilizează materiale și tehnologii inovatoare care le permit să absoarbă selectiv lungimile de undă ale luminii invizibile ochiului uman, permițând în același timp trecerea luminii vizibile. Materialele cheie utilizate în aceste structuri sunt oxid de indiu și staniu (ITO), disulfură de wolfram și săruri organice, care absorb radiațiile ultraviolete și infraroșii. Oamenii de știință de la Universitatea de Stat din Michigan au dezvoltat primele celule complet transparente în 2014, folosind compuși organici pentru a absorbi lungimile de undă invizibile, ceea ce a permis sticlei să funcționeze ca o fereastră tipică, producând în același timp energie.

Din punct de vedere tehnologic, panourile transparente se împart în mai multe tipuri:

• Celule solare perovskite cu o bandă interzisă largă, care acționează ca absorbanți UV eficienți.
• Celule solare sensibilizate cu coloranți care absorb infraroșul apropiat (NIR).
• Celule fotovoltaice organice (OPV) care utilizează compuși de carbon, oferind flexibilitate și un cost de producție mai mic.
• Sisteme tandem care combină diferite tehnologii, atingând o eficiență de conversie a energiei (PCE) de până la 14% cu o transmisie medie a luminii vizibile (AVT) de peste 55%.

Cele mai recente realizări în acest domeniu permit crearea de celule cu o transparență de până la 80% cu o eficiență de până la 8%, ceea ce vizual seamănă cu o fereastră cu geam dublu. Deși performanța actuală a panourilor transparente este mai scăzută decât a soluțiilor tradiționale de siliciu, potențialul lor de aplicare și cercetările în curs sugerează o dezvoltare semnificativă a acestei tehnologii în următorii ani.