...

Kolorowe ogniwa fotowoltaiczne w systemach BIPV

21 grudnia 2021
Kolorowe ogniwa fotowoltaiczne w systemach BIPV

Fotowoltaika zintegrowana z budynkiem w historycznych dzielnicach miejskich rozwija się powoli, ponieważ koliduje z obiektami dziedzictwa kulturowego. Zespół z Uniwersytetu Technologicznego w Delft w Holandii ma nadzieję, że zmieni to dzięki nowej metodzie dodawania kolorowych filtrów optycznych do systemów BIPV. – Można je umieścić bezpośrednio na komercyjnym ogniwie słonecznym, aby zmienić jego kolor, lub na przedniej szybie modułu PV, aby ukryć ogniwa i stworzyć kolorowy moduł – powiedział naukowiec Juan Camilo Ortiz Licano.

Systemy fotowoltaiczne zintegrowane z budynkiem mogą zaspokajać znaczną część zapotrzebowania na energię w obszarach miejskich. Pomimo swojego potencjału, pozostają technologią niszową, którą architekci i inżynierowie projektu wciąż uważają za ograniczoną estetycznie. Ciemnoniebieski lub czarny kolor standardowych modułów fotowoltaicznych jest uważany za nieodpowiedni do projektów renowacji budynków historycznych i stanowi główne ograniczenie w zastosowaniu modułów PV w tej dziedzinie.

Prace holenderskich naukowców z Delft University of Technology w Holandii mają na celu opracowanie zastosowania filtrów optycznych, dzięki którym moduły fotowoltaiczne zyskałyby nowe ścieżki akceptacji architektonicznej. Filtry optyczne selektywnie odbijają lub przepuszczają światło przez zakłócenia. Mogą być projektowane i wytwarzane przy użyciu ekonomicznych i kompatybilnych z przemysłem procesów.

Korzystając z własnego oprogramowania do śledzenia światła w połączeniu z TCAD Sentaurus, uzyskano ponad 400 kolorów i zbadano ich wpływ na wydajność optoelektroniczną ułożonych naprzemiennie ogniw słonecznych z kontaktem wstecznym. Wyniki pokazują maksymalną utratę wydajności wynoszącą 1,6% bezwzględną przy prostopadłym padaniu światła na zakres uzyskiwanych kolorów w porównaniu ze standardowym ciemnoniebieskim ogniwem słonecznym.

Głównym celem tej pracy jest znalezienie sposobów na dokładne modelowanie w uproszczony sposób wpływu zastosowania filtra barwnego na ogniwo słoneczne. Z elektrycznego punktu widzenia postanowiliśmy sprawdzić, czy do tego celu nadaje się standardowy model dwudiodowy. Model dwudiodowy można scharakteryzować jako wyrażenie analityczne opisujące zachowanie ogniwa słonecznego.

Obszary miejskie są jednymi z największych emitentów CO2. Tendencja ta znacznie wzrośnie w nadchodzących latach. Aby zmniejszyć ślad węglowy miast i miasteczek w nadchodzących dziesięcioleciach, większość krajów podejmuje wysiłki na rzecz opracowywania technologii budynków neutralnych pod względem emisji CO2. W Stanach Zjednoczonych Departament Energii (DOE) wyznaczył cel zmniejszenia o połowę zużycia energii w budynkach do 2030 r., koncentrując swoje wysiłki na systemach słonecznego ogrzewania wody i zintegrowanych w budynkach systemach fotowoltaicznych (BIPV). Te ostatnie mogą zastąpić standardowy dach lub fasadę, ponieważ generują energię elektryczną i zapewniają ochronę przed warunkami środowiskowymi. W Unii Europejskiej dyrektywa dotycząca charakterystyki energetycznej budynków (2018/844/UE) stanowi, że kraje członkowskie muszą stworzyć mapy drogowe dotyczące zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych o 80–95% w porównaniu z 1990 r. Międzynarodowa Agencja Energii (IEA) argumentuje, że wdrożenie BIPV musi być priorytetem.

Systemy BIPV rozmieszczone na dostępnych obszarach mogą znacząco przyczynić się do zaspokojenia potrzeb energetycznych miast. W Stanach Zjednoczonych 58% zapotrzebowania na energię elektryczną w budynkach mieszkalnych mogłoby być zaspokojone przez systemy BIPV. W przypadku Niemiec, Wielkiej Brytanii i Holandii liczba ta wynosi około 30%. Jednak pomimo takiego potencjału systemy BIPV pozostają technologią niszową z mniej niż 2% udziału w rynku. Rozwój rynku BIPV hamuje kilka barier, takich jak brak standardów, niewielka synergia między interesariuszami, problemy z wydajnością, podwyższone koszty, brak konkretnych zachęt rządowych oraz ograniczenia estetyczne.

Tekst opracowano na podstawie artykułu naukowego „Kolorowe filtry optyczne w ogniwach słonecznych c-Si IBC do zintegrowanych z budynkami aplikacji fotowoltaicznych” opublikowanego w „Progress in Photovoltaics”.

Autorzy: Juan Camilo Ortiz Lizcano, Paweł Procel, Andres Calcabrini, Guangtao Yang, Andrea Ingenito, Rudi Santbergen, Miro Zeman, Olindo Izabela