מתקדם בלוחות סולאריים טרנס-הוריים לבניית הדור המפוחד

מבוא לטכנולוגיה סולארית

ההתכנסות של ייצור אנרגיה מתחדשת ועיצוב אדריכלי להאיץ את הפיתוח של לוחות סולאריים שקופה, טכנולוגיה המבטיחה להפוך את האופן שבו מבנים מייצרים חשמל.בניגוד ללוחות פוטו-וולטאיים קונבנציונליים השולטים על גגות ועל חוות סולאריות, לוחות שקוף משתלבים ישירות אל תוך המעטפות הבנייה, ייצור כוח מבלי להפריע לאסתטיקה חזותית.זה מקדם אתגר קריטי בקיימות עירונית: כיצד לייצר אנרגיה נקייה בשלב הצריכה תוך שמירה על עיצוב של מבנים מודרניים, אשר מאפשר לצמצום של מבנים מתקדמים, במקום, מאשר לצמצום של אנרגיה מתקדמת, מאשר להגדלת מבנה אנרגיה, מאשר לפירוק של מבנים פעילים.

מה הם פאנלים סולאריים?

לוחות סולאריים transudture הם מכשירים פוטו-וולטאיים המהנדסים לשדר אור גלוי תוך המרת אנרגיה סולארית לחשמל.תאים סולאריים מסורתיים מסתמכים על שכבות אור-אבורות לחסום את הנראות, בדרך כלל באמצעות גלי סיליקון שנראים חשוכים או ⁇ . לוחות טרנסנדנדים, לעומת זאת, מעסיקים חומרים מיוחדים והנדסה אופטית כדי להשיג שקיפות חלקית. לוחות אלה סופגים אולטרה סגולה (U) וקרוב לגלם עין (IR) כמו פונקציות נראות לעין, אך הם נראים לעין, אך הם נראים לעין, אך הם נראים לעין, אך הם נראים לעין, אך הם נראים לעין, אך הם נראים לעין, אך הם נראים לעין, אך הם נראים לעין, אך הם יכולים לעבור את התקני אור קונבנציונלית, אך הם נראים לעין, אך הם יכולים לעבור את התקני אור קונבנציונלית, אך הם נראים לעין, אך הם יכולים לראות, אך הם יכולים לעבור את התקני אור רגיל, אך הם נראים לעין, אך ורק כדי להשיג ויזואלית, אך הם יכולים לראות, אך ורק באמצעות תפקודים, אך הם יכולים לראות, אך הם יכולים לראות, אך הם יכולים לראות, אך הם יכולים לראות, אך הם יכולים לעבור את השקיפות חלקית.

השקיפות של לוחות אלה נמדדת על ידי השידור הנראה לעין הממוצע (AVT), אשר ביטא כאחוז. לוחות סולאריים שקופה מוקדם השיגו ערכי AVT של 10-20%, אשר היה מספיק עבור כמה יישומים אבל מוגבל האימוץ שלהם.ההתפתחויות האחרונות דחפו ערכי AVT מעל 40-50%, מתקרבת לבהירות של זכוכית אדריכלית סטנדרטית סטנדרטית תוך שמירה על יעילות ההמרה יעילה.

בניגוד למודולים סרטניים מסורתיים שעדיין מופיעים באופן ייחודי, לוחות סולאריים שקופים מודרניים המיועדים לראייה קרובה. הם נועדו להיות בלתי ניתנים לגילוי ממודולים סמי-סמית'ים שעדיין מופיעים בפרוטוקולים טכנולוגיים, מתקדמים ושקוף מודרניים, אשר נועדו להיות בלתי ניתנים להתאמה מסטנדרט נמוך-emissivity או זכוכית tinted לאחר התקנת, מה שהופך אותם מתאימים ליישומים בעלי יכולת גבוהה כגון קירות, מחסנים,fronts, השמיים, ושמשיים, יתרון מינימלי עבור ארכיטקטורים, ללא חומרים ניטראליסטיים, אשר הם מינימליים.

התקדמות טכנולוגית חדשה

חומרים חדשים ושכבות Absorber

ההתקדמות המשמעותית ביותר בלוחות סולאריים שקופות הגיעה ממדע החומרים. אורגני photovoltaics (OPVs) להשתמש בפולימרים מבוססי פחמן שניתן להנדס כדי לספוג אורכי גל ספציפיים.על ידי כוונון המבנה המולקולרי של פולימרים אלה, החוקרים יצרו OPVs המעדיפים ללכוד את אור NIR בזמן שידור אורכי גל גלויים.

תרכובות מבוססות פרסקט הופיעו גם כמועמדים מבטיחים לתאי השמש שקופה. Perovskites מציעים משככי ספיגה גבוהים וטניסבל, המאפשרים לחוקרים לעצב תאים יעילים מאוד באזורי ה-UV ו-NIR בעודם נשארים שקוף בספקטרום הנראה לעין. מוקדם התקנים שקוף מוקדם להשיג יעילות מעל 15% עם AVT מעל 30%, שילוב שמשווה בין היתר עם חלופות אורגניות, perite נשאר כעת חשוף כמה שעות פעילות.

חידוש חומרי נוסף כולל דוטים קוונטיים - חלקיקים בגודל בינוני בגודל בינוני, אשר תכונות אופטיות ניתן לשלוט בדיוק על ידי גודלם.תאים סולאריים שקוף מבוסס קוונטי הוכיחו את היכולת לספוג אור NIR תוך שמירה על מראה צבע נייטרלי, נכס רצוי עבור חוקרים כגון מחלקת האנרגיה של ארה"ב; מעבדת אנרגיה מתחדשת הלאומית (EL) חקרו שכבות קוונטיות יכולות להשתלבות (0) תהליכי ייצור זכוכית קיימים (R)

שקיפות מוגברת באמצעות הנדסה אופטית

מעבר לחומרים, ההתקדמות בהנדסה אופטית שיפרה את השקיפות-תועלת הסחר-off.טכניקות מיקרו-פנסינג יוצרות אזורים זעירים שקופה בתוך שכבת הקלט, ומאפשרות אור לעבור תוך שמירה על מבנים גבישיים פוטוניים ומראות דיאלקטריים יכולים לשקף באופן סלקטיבי או לשדר אורכי גל ספציפיים, לכוון את אור ה-UV ו-NIR לספוג שכבות תוך כדי לאפשר אור גלוי לעבור לא-אופטיים אלה יכולים להגביר את העיצובים באופן משמעותי.

ארכיטקטורות מרובות שכבות גם היו מעודן.על ידי ערימה של כמה סרטים דקים עם פרופילי ספיגה משלימים, החוקרים יכולים ללכוד ספקטרום רחב יותר של אור לא-מעורפל.לדוגמה, שכבה עליונה עלולה לספוג אור UV, בעוד שכבה התחתונה לוכדת את אור NIR, עם אורכי גל גלויים מועברים דרך שניהם.זה עיצוב טנדם זה הביא תאים סולאריים שקופה עם יעילות כוח כוללת מעל 10% תוך שמירה על AVT מעל 40%.

שינויים ושיפורים ארוכים

Durability כבר חולשת היסטורית של סרטים דקים ו photovoltaics אורגני, אבל ההתקדמות האחרונה בcapsulation וציפוי מגן התייחסה לרבים מהדאגות האלה. סרטי גדר ההפרדה המבוססים על שכבת אטומית (ALD) מספקים הגנה חזקה מפני לחות וחמצן ingress, אשר יכול לסכן חומרים אורגניים perovskite. אלה שכבות מחסום הם עצמם שקוף, שמירה על ביצועים אופטיים תוך הרחבת חיי אדם פעיל ל -10 שנים במבחנים ממושכים.

ציפויים של ניקוי עצמי המבוסס על דו תחמוצת טיטניום פוטו-קטליטית כבר בשימוש בלוחות סולאריים שקוף, צמצום אובדן הקרקע שיכול להפחית את התפוקה ב-5-15% בשנה. טקסטורות אנטי-פריקטיות משפרות עוד יותר את העברת האור ולהפחית את הזוהר, שיפור גם הדור האנרגיה וגם הנוחות החזותית עבור הדיירים בנין.שיפורים עמידים אלה חיוניים ליישומים מתוחזקים בבנייה, שבו החלופית היא יקרה ומשבשת, מה שהופך את האמינות דרישות ארוכות טווח לאימוץ מסחרי.

יישומים ב- Building-Integrated Distributed Generation

Power-Generating Windows

Windows מייצגים את היישום האינטואיטיבי ביותר עבור לוחות סולאריים שקופה.על ידי החלפת בוהק עם זכוכית פוטו-וולטאית שקוף, מבנים יכולים לייצר חשמל משטחים אנכיים שלהם מבלי לכבוש שטח קרקע נוסף.זה חשוב במיוחד בסביבות עירוניות צפופות שבו שטח גג מוגבל.חלונות סולאריים טרנסנדנדים יכולים להיות מעוצבים כיחידות כפולות מבוהקות, עם שכבת photovoltaic הממוקמת בין שני פאבים של זכוכית, שמירה על תכונות תרמיות תוך הוספת אנרגיה.

כמה פרויקטים של טייס הראו את האפשרות של חלונות סולאריים בשנת 2022, בניין משרדים בן 15 קומות בקופנהגן משולב לוחות סולאריים שקוף לתוך הקיר הדרומי של המסך הפונה דרומה, ויצר כ-40% מהמבנה ’ של עומס אזורי משותף של שטח משותף.הפאנלים, המיוצרים על ידי החברה Heliacast (כיום דיווחו חלק מקונטורטיום גדול יותר), השתמשו בסרטים אסתטיים אורגניים לזכוכית מלוכדת למנה לזכוכית (Freatrated HD) בהשוואה לסדרת טלוויזיה נמוכה (F: Unsolate HD: Unteeric Structure) בהשוואה לסדרת טלוויזיה רגילה של חומרת של חומר אור בהירהידועה-HF: 1.

חידוש אנרגיה-Generating Facades

פאקינגס מציעים שטח פני שטח גדול יותר מאשר חלונות לבד וניתן לייעל לחשיפה השמש. לוחות ספאנדל - או אזורי חצי-אופאק בין רצפות - הם מועמדים אידיאליים לאינטגרציה סולארית שקוף או למחצה. לוחות אלה יכולים להיות מכוונים כדי להתאים את המראה החזותי של הבוהק שמסביב, יצירת חזית אחידה תוך יצירת אנרגיה משמעותית.

המקרה הכלכלי של חזיתות השמש מתחזק על ידי העובדה כי חומרי החזית הם בדרך כלל להחליף או שופץ כל 20-30 שנים, יצירת הזדמנויות קבועות לאינטגרציה פוטו-וולטאית.על ידי הטמעת דור לתוך מחזורי חילוף אלה, בעלי בניין יכולים להתחיל עלויות חומר עם חיסכון באנרגיה על פני תקופת החיים של פאנל.PVA דומה מכון פרנופר עבור מערכות אנרגיה סולארית הראה כי חזיתות שמש שקוף במרכז אקלים אירופי יכול להשיג עלות של חשמל קרינת IFSE (FSE) כפי שתוכנן על ידי שופץ (FSE) כאשר מותקן מחדש של מחקר ה-FDV).

Active Skylights and Atria

תקרת Skylights ו- Atrium מייצגים יישומים בעלי ערך גבוה עבור לוחות סולאריים שקופה.משטחים אלה לעתים קרובות מקבלים אור שמש ישיר לתקופות ארוכות, מה שהופך אותם גנרטורים אנרגיה מצוינים.האורות יום של ה- diffuse המועברים דרך אור השמש שקוף עדיין יכולים לספק שפע של תאורה לחללים פנימיים, בעוד שהחשמל שנוצר משרות בנייה של עומסים תפעוליים.

באקלים חם, לוחות סולאריים שקופה אור שמש יכולים להפחית את הרווח חום השמש על ידי סופגת קרינת UV ו- NIR אשר יתרום אחרת לעומסי קירור. סינרגיה זו בין דור אנרגיה וניהול תרמי משפרת את ביצועי האנרגיה הכוללת. A מקרה מחקר של התקנת אור שמש שקוף באוניברסיטת סינגפור ועיצוב הראה ירידה של 25% בצריכת האנרגיה השנתית לצד 8% מבניין ו-quo; דרישה מלאה של לוחות חשמל נפגשות.

יתרונות ואתגרים

יתרונות

לוחות סולאריים טרנסנדים מציעים כמה יתרונות ברורים עבור הדור מבוזר בניה:

• (ב) אינטגרציה אסתטית:0) ,(א) ,(ב) ,(ב) ,(ב) ,הפאנלים אינם ניתנים להפרדה מזכוכית אדריכלית סטנדרטית, שמירה על כוונת עיצוב
• (ב) ניצול שטח:0 (מבקשים) אין שטח קרקע ייעודי; משטחי בנייה קיימים הופכים לנכסי דור
• דור ה- 0 (ב-On-site Generation: FLT:1) מצמצם את אובדן השידור ומשפר את עמידות האנרגיה
• (ב) ניהול עשיר: 1FLT:1; איור של אור UV ו NIR מפחית את רווח חום השמש, הורדת עומסי קירור
• (ב) שימור:0Daylighting: FLT:1 שומר על חדירה טבעית לאור, תומך רווחה של הדיירים וצמצום צרכי התאורה המלאכותיים
• (ב) ניתן לפרוס את ה- 0 (בספרדית:0) להזיז את כל המעטפות של הבניין, מחלונות מגורים קטנים ועד לחומות גדולות של וילונות מסחריים

אתגרים

למרות היתרונות האלה, כמה אתגרים נותרו:

• יעילות:0 (Lower יעילות:FLT:1) לוחות טרנסנדים כיום להשיג יעילות של 8-12%, בהשוואה ל-18-22% עבור לוחות סיליקון.
• (FLT:0) עלות גבוהה יותר לוואט: 10 נפח ייצור 1FLT) הם נמוך, חומרים מיוחדים לשמור על עלויות 2-4 פעמים גבוה יותר עבור וואט מאשר לוחות סולאריים מסורתיים.
• מורכבות האינטגרציה:0 (FLT:1 Transud פאנלים סולאריים חייב לעמוד בדרישות קוד בנייה עבור טעינה מבנית, ביצועים תרמיים ובטיחות אש.
• (FLT:0) אי הוודאות של חוסר הוודאות: 1FLT:1 נתונים לטווח ארוך מוגבל עבור טכנולוגיות פוטו-וולטאיות שקופות רבות, מה שהופך משקיעים זהירים
• (FLT:0) קול והופעת עקביות: FLT:1) Achieving צבע נייטרלי מראה על פני משטחים גדולים נשאר מאתגר, במיוחד עבור לוחות עם ספיגת UV גבוהה
• (FLT:0) השפעות האנגל-of-incidence:03FLT) 1 וורטי או ליד-מורטי מפחיתה את צריכת האנרגיה השנתית בהשוואה לשיטות גג מטוות בצורה אופטימלית

פרויקטים אמיתיים ופרויקטי טייס

המעבר ממחקר מעבדה לפריסה מסחרית הוא מאיץ, עם כמה פרויקטים בולטים המספקים אימות לטכנולוגיה השמש שקופה. בניין צוק באמסטרדם, המצוטט לעתים קרובות כאחד מבני העולם ’ בניינים המשרד הירוק ביותר, שילב לוחות פוטו-וולטאיים למחצה לתוך גג הגג שלה.

ביפן, שארפ Corporation שיתפה פעולה עם Takenaka Corporation כדי לפתח חלונות סולאריים שקופה עבור “ בניין חכם ורדקו; אבטיפוס בטוקיו.החלונות השתמשו בטכנולוגיית סיליקון דקת-סרט עם עיצוב שקוף דפוס, השגת יעילות של 8% עם 30% שידור גלוי.המבנה ’ נתונים ניטור הראו כי החלונות יצרו מספיק חשמל לכל תאורה ותרמו ל-quo; מטרות אנרגיה כוללת.

לאחרונה, אנרגיה אוביקוויטרית, ספין- off מאוניברסיטת מישיגן, יש מסחרית זכוכית שמש שקוף עבור חלונות תחת שם המותג UE Power.החברה טוענת כי הטכנולוגיה שלה משיגה יותר מ-10% יעילות עם מראה צבע נייטרלי, מה שהופך אותו מתאים לשווקים מסחריים ודירות (FLT:0Ubiquitous Energy שקופה זכוכית סולארית שקיפות 1LT) 2023, החברה הודיעה על מתקן ב- 300 $, שבו צפויים להיות 16 אלף מ"מ"ר של חלונות רבועים בשנה.

מחקרים אלה מדגישים את החשיבות של מסגרות בדיקה סטנדרטיות והסמכת בנייה.הסטנדרט הבינלאומי IEC 60904 עבור בדיקות ביצועים פוטו-וולטאית הותאם למודולים שקופה, אך סטנדרטים נוספים להופעת חזותית, שידור אור וביצועים תרמיים עדיין מפותחים על ידי ארגונים כגון סוכנות האנרגיה הבינלאומית ’s Heating and Cooling Program, משימה 47 על-BIPV.

פרספקטיבה עתידית ודרכים מחקר

מחקרים מתקדמים נועדו לטפל ביעילות ובחסמים עלות המגדירים כיום אימוץ נרחב.יש כמה כיוונים מבטיחים:

High-Efficiency Transud Perovskite Tandem Cells

שילוב קולטנים perovskite עם סיליקון או CIGS (כולל indium Gallium lenide) בתצורה של טנדם הפגינו פוטנציאל להשגת יעילות מעל 20% תוך שמירה על שקיפות חלקית. חוקרים באוניברסיטת אוקספורד דיווחו על תא perovskite-on-silicon טנדם עם 18.5% יעילות ו-25% שידור, מה שמצביע על כך שחוקרים בעלי יעילות גבוהה יעילות גבוהה של יעילות גבוהה הם תאים סולאריים שקוף באמצעות פלטפורמות ייצור מבוססות.

צילום: Wavelength-Selective Photovoltaics

חוקרים מפתחים חומרים שתופסים רק להקות צרות ספציפיות של אור, למקסם את השקיפות באורכי גל גלויים תוך לכידת פוטונים באזורי ה-UV ו- NIR. מסננים גבישיים פוטוניים בשילוב עם תאים סולאריים סטנדרטיים יכולים להשיג השפעה זו, והתפתחויות האחרונות ב metamaterials מציעים אפילו שליטה רבה יותר על אילו אורכי גל נספגים לעומת שידור.

ייצור סקאלה ועלויות ניכוי

ככל שהצטברות כרכים של ייצור, עלויות הייצור עבור לוחות סולאריים שקופה צפויים לעקוב אחר עקומת למידה דומה לתמונות פוטו-וולטאיקים מסורתיים.חדשנות בדפוסי רול-to-roll עבור photovoltaics אורגני וציפוי ה-Savy-die לסרטים perovskite מקטין את דרישות ההוצאה הון. אנליסטים בתעשייה כי עלויות פאנל סולארי שקוף יכולות לרדת ב-50-70% במהלך העשור הבא, להגיע לרמות תחרותיות עם מוצרי זכוכית ארכיטקטוניים.

שילוב עם מערכות בנייה

שילוב בניין חכם מייצג גבול אחר. לוחות סולאריים טרנסנדים יכולים להיות מחוברים לבניית מערכות ניהול אנרגיה אשר מייעלות בין דור, אחסון וצריכה. כאשר בשילוב עם חלונות חכמים אלקטרו-כרומיים, לוחות סולאריים שקופה יכולים להתאים באופן דינמי את השידור האור בהתבסס על צרכי אנרגיה בזמן אמת, יצירת מעטפה בניין הסתגלות באמת.

מסקנה

לוחות סולאריים טרנסנדנדים התקדמו מסקרנות מעבדה לטכנולוגיה בת קיימא מסחרית לדור מבוזר בנין. פריצות דרך אחרונות ב photovoltaics אורגני, perovskites, dots קוונטית, והנדסת אופטית שיפרו את היעילות והשקיפות, בעוד שיפורים עמידים הרחיבו את תקופות החיים התפעוליות כדי לעמוד בדרישות הבנייה.

בעוד אתגרים נשארים - במיוחד לגבי עלות לוואט, מורכבות אינטגרציה ונתונים ארוכי טווח אמינות - המסלול הוא ברור.כפי שאוכלוסיות עירוניות צומחות וערים מגבירות את התחייבויות הקיימות שלהן, היכולת לייצר חשמל משטחים בנייה ללא איכות ארכיטקטונית מקיפה תהפוך ליותר ויותר חשובה. לוחות סולאריים מציעים מסלול לעתיד זה, המאפשר על פני דור מתחדש בקנה מידה כי המשחקים מסיביים של מבנים עירוניים, אך לא פחות או יותר ויותר חשוב, מחפשי חשמל מתקדמים, אלא תכנון מתקדמים, עבור לוחות סולאריים, אלא תכנון, אשר מציעים מסלול אל פני השטח, אלא גם עבור מבנים מתקדמים, עם לוחות סולאריים מתקדמים, אלא גם עבור מבנים מתקדמים, עם תכנון, אלא גם עם תכנון חלופיים, עם לוחות סולאריים, אשר מציעים מסלול לערים, עם תכנון מתקדם, עם תכנון מתקדם של מבנים מתקדמים, עם תכנון מתקדם, אך ורק עבור מבנים מתקדמים, עם תכנון מודרני, עם תכנון מודרני, עם תכנון מבנים מתקדמים, עם תכנון מבנים מתקדמים, אך ורק עבור מבנים מתקדמים, עם לוחות סולאריים, עם תכנון מתקדם של מבנים מתקדמים, עם לוחות סולאריים, עם לוחות סולאריים, עם תכנון מודרני, אך ורק עבור מבנים מתקדמים, אשר מציעים מסלול לעתיד זה, עם תכנון, אשר מציעים מסלול שמש, אשר מציעים מסלול זה, אשר מציעים מסלול זה, אך ורק עבור מבנים מתקדמים