GiPV: Gebou-geïntegreerde fotovoltaïese met gedeeltelik deursigtige sonkragmodules – gebou-geïntegreerde fotovoltaïese

Gebou-geïntegreerde fotovoltaïese - GiPV (Gebou-geïntegreerde fotovoltaïese - BIPV) is fotovoltaïese materiale wat konvensionele boumateriaal vervang in dele van die gebou se koevert soos die dak, dakvensters of fasade. Hulle word toenemend by die konstruksie van nuwe geboue geïntegreer as 'n hoof- of sekondêre bron van elektrisiteit, hoewel bestaande geboue ook met soortgelyke tegnologie toegerus kan word. Die voordeel van geïntegreerde fotovoltaïese bo die gewone nie-geïntegreerde stelsels is dat die aanvanklike koste verreken kan word deur die vermindering van die uitgawes aan konstruksiemateriaal en arbeid wat normaalweg nodig sou wees om die deel van die gebou te bou wat die BIPV-modules vervang. Daarbenewens maak BIPV 'n wyer aanvaarding van sonkraginstallasies moontlik wanneer die estetika van die gebou 'n bekommernis is en tradisionele rakgemonteerde sonpanele die beoogde voorkoms van die gebou sal ontwrig.

Die term BAPV (Building-applied photovoltaics) vir gebou-geïntegreerde fotovoltaïese word soms gebruik om te verwys na fotovoltaïese stelsels wat daarna in die gebou geïntegreer word. Die meeste gebou-geïntegreerde stelsels is eintlik BAPV. Sommige vervaardigers en bouers onderskei tussen BIPV en BAPV vir nuwe geboue.

FV-aansoeke vir geboue het in die 1970's na vore gekom. Aluminium geraamde fotovoltaïese panele is gekoppel aan of gemonteer aan geboue, wat tipies geleë was in afgeleë gebiede sonder toegang tot 'n elektriese netwerk. In die 1980's is fotovoltaïese modules op dakke begin geïnstalleer. Hierdie FV-stelsels is tipies geïnstalleer op geboue wat aan die elektriese netwerk gekoppel is en geleë is in gebiede met gesentraliseerde kragsentrales. In die 1990's het BIPV-bouprodukte wat spesifiek ontwerp is om in die boukoevert geïntegreer te word, kommersieel beskikbaar geword. 'n 1998-doktorale proefskrif deur Patrina Eiffert getiteld An Economic Assessment of BIPV het veronderstel dat daar eendag 'n ekonomiese waarde sou wees vir die verhandeling van hernubare energiekrediete (REC's). 'n 2011 ekonomiese beoordeling en kort oorsig van die geskiedenis van BIPV deur die US National Renewable Energy Laboratory dui daarop dat daar nog beduidende tegniese uitdagings is wat oorkom moet word voordat BIPV installasiekoste kan meeding met dié van fotovoltaïese stelsels. Daar is egter 'n groeiende konsensus dat BIPV-stelsels, deur hul wydverspreide kommersialisering, die ruggraat van Europa se Zero Energy Building (ZEB)-teiken sal vorm teen 2020. Ten spyte van die belowende tegniese moontlikhede, is sosiale hindernisse vir wydverspreide gebruik ook geïdentifiseer, soos die konserwatiewe kultuur van die konstruksiebedryf en integrasie in hoëdigtheid stedelike beplanning. Die skrywers wys daarop dat langtermyngebruik waarskynlik net soveel afhang van effektiewe beleidsbesluite as van tegniese ontwikkeling.

Die gedeeltelik deursigtige sonkragmodules bied 'n interessante geleentheid om gebou-geïntegreerde fotovoltaïese (BIPV) in argitektuur en stedelike beplanning te integreer. Hierdie nuwe soort sonkragopwekking sal heel waarskynlik in die toekoms 'n belangrike deel van elektrisiteitsproduksie wêreldwyd wees.

Gebou-geïntegreerde fotovoltaïese met gedeeltelik deursigtige sonkragmodules is 'n aantreklike opsie vir die bou van energiedoeltreffende geboue. Hierdie tegnologie kan help om energievoorsieningskoste te verminder terwyl dit die buitekant van die gebou verbeter.

Daarbenewens kan semi-deursigtige sonkragmodules gebruik word om daglig in die binnekant van 'n gebou te rig. Dit bespaar nie net energie nie, maar verminder ook die koste van kunsmatige beligting.

Samevattend kan gesê word dat gebou-geïntegreerde fotovoltaïese energie 'n baie doeltreffende en veelsydige tipe hernubare energie is. Dit het die potensiaal om die energievoorsiening van geboue volhoubaar te verbeter.

Sonkragmodules gemaak van kristallyne silikon vir grondgemonteerde en dakkragsentrales.

Amorfe kristallyne silikon dun film sonkrag PV modules, wat hol, lig, rooi, blou en geel kan wees, as glas fasade en deursigtige dakvenster.

CIGS-gebaseerde (koper-indium-gallium-selenied) dunfilmselle op buigsame modules wat op die boukoevertelement gelamineer is, of die CIGS-selle word direk op die boukoevert-substraat gemonteer.

Dubbelglas sonpanele met vierkantige selle binne.

Plat dakke

Die mees gebruikte oplossing tot nog toe is 'n amorfe dunfilmsonsel wat in 'n buigsame polimeermodule geïntegreer is, wat met 'n kleeffilm tussen die agterste film van die sonkragmodule en die dakwaterdigting vasgemaak word. Deur gebruik te maak van koper indium gallium selenied (CIGS) tegnologie, kan 'n Amerikaanse maatskappy 17% sel doeltreffendheid bereik vir gebou-geïntegreerde modules in enkellaag TPO membrane.

Afdakke

Sondakteëls is (keramiek) dakteëls met geïntegreerde sonkragmodules. Die keramiek-sondakteël is in 2013 deur 'n Nederlandse maatskappy ontwikkel en gepatenteer.

Modules gevorm soos verskeie dakteëls.

Songordelroos is panele wat soos gewone gordelroos lyk en funksioneer, maar 'n buigsame dunfilmsel bevat.

Hulle verleng die normale lewensduur van dakke deur isolasie en membrane teen UV-bestraling en waterskade te beskerm. Kondensasie word ook voorkom aangesien die doupunt bo die dakmembraan gehou word.

Metaaldakke (beide struktureel en argitektonies) word nou toegerus met PV-vermoëns, hetsy deur 'n vrystaande buigsame module te verbind of deur hitte en vakuum die CIGS-selle direk aan die substraat te verseël.

fasade

Fasades kan aan bestaande geboue geheg word en gee ou geboue 'n heeltemal nuwe voorkoms. Hierdie modules word aan die gebou se fasade oor die bestaande struktuur geheg, wat die gebou se aantrekkingskrag en sy herverkoopwaarde kan verhoog.

beglazing

Fotovoltaïese vensters is (semi)deursigtige modules wat 'n aantal argitektoniese elemente kan vervang wat gewoonlik van glas of soortgelyke materiale gemaak word, soos: B. Vensters en dakvensters. Hulle genereer nie net elektriese energie nie, maar hulle kan ook verdere energiebesparings verskaf weens hul uitstekende termiese isolasie-eienskappe en sonstralingsbeheer.

Fotovoltaïese glasvensters: Die integrasie van energieopwekkingstegnologieë in residensiële en kommersiële geboue het bykomende navorsingsgebiede geopen wat groter oorweging gee aan die algehele estetika van die eindproduk. Terwyl die doelwit bly om hoë doeltreffendheid te bereik, het nuwe ontwikkelings in fotovoltaïese vensters ook ten doel om verbruikers 'n optimale vlak van glasdeursigtigheid en/of die vermoë om uit 'n reeks kleure te kies, te voorsien. Verskillende gekleurde sonpanele kan ontwerp word om sekere golflengtereekse uit die breër spektrum optimaal te absorbeer. Gekleurde fotovoltaïese glas is suksesvol ontwikkel met behulp van semi-deursigtige, perovskiet en kleurstof-sensitiewe sonselle.

• Plasmoniese sonselle, wat gekleurde lig absorbeer en weerkaats, is met behulp van Fabry-Pérot-Etalon-tegnologie ontwikkel. Hierdie selle bestaan ​​uit "twee parallelle, reflektiewe metaalfilms en 'n diëlektriese holtefilm tussen hulle." Die twee elektrodes is gemaak van Ag en die holte tussen hulle is gemaak van Sb2O3. Die verandering van die dikte en brekingsindeks van die diëlektriese holte verander die golflengte wat die beste geabsorbeer word. Om die kleur van die absorpsielaagglas te pas by die spesifieke deel van die spektrum waarby die sel se dikte en brekingsindeks die beste pas, verbeter beide die estetika van die sel deur sy kleur te versterk en fotostroomverliese te verminder. Vir die rooi- en blouligtoestelle is 'n deurlaatbaarheid van onderskeidelik 34,7% en 24,6% behaal. Blou toestelle kan 13,3% van geabsorbeerde lig in elektrisiteit omskakel, wat hulle die doeltreffendste maak van alle gekleurde toestelle wat ontwikkel en getoets is.
• Perovskiet-sonseltegnologie kan ingestel word op rooi, groen en blou deur die dikte van die metaal-nanodrade na onderskeidelik 8, 20 en 45 nm te verander. Maksimum drywingsdoeltreffendheid van 10.12%, 8.17% en 7.72% is bereik deur die glasweerkaatsing aan te pas by die golflengte waarvoor elke sel die beste geskik is.
• Kleurstof sonselle gebruik vloeibare elektroliete om lig op te vang en om te skakel in bruikbare energie; dit gebeur op soortgelyke wyse as hoe natuurlike pigmente fotosintese in plante moontlik maak. Terwyl chlorofil die spesifieke pigment is wat verantwoordelik is vir die groen kleur in blare, produseer ander natuurlike pigmente soos karotenoïede en antosianiene variasies van oranje en pers kleure. Navorsers aan die Universiteit van Concepcion het die lewensvatbaarheid van kleurstofsensitiewe gekleurde sonselle getoon wat beide verskyn en sekere golflengtes van lig selektief absorbeer. Hierdie koste-effektiewe oplossing gebruik natuurlike pigmente van maqui vrugte, swart mirte en spinasie as sensitiseerders. Hierdie natuurlike sensitiseerders word dan tussen twee lae deursigtige glas geplaas. Alhoewel die doeltreffendheid van hierdie besonder laekoste-selle nog onduidelik is, kon vorige navorsing op die gebied van organiese kleurstofselle 'n "hoë kragomskakelingsdoeltreffendheid van 9,8% behaal."

Deursigtige sonselle gebruik 'n tinoksiedbedekking aan die binnekant van die glasruite om elektrisiteit uit die sel te gelei. Die sel bevat titaniumoksied wat met 'n foto-elektriese kleurstof bedek is.

Die meeste konvensionele sonselle gebruik sigbare en infrarooi lig om elektrisiteit op te wek. Daarteenoor gebruik die innoverende nuwe sonsel ook ultravioletstraling. Wanneer dit gebruik word as 'n plaasvervanger vir tradisionele vensterglas of oor die glas geplaas word, kan die installasie-area groot wees, wat lei tot potensiële toepassings wat die gekombineerde funksies van kragopwekking, beligting en temperatuurbeheer benut.

Nog 'n naam vir deursigtige fotovoltaïese is "deurskynende fotovoltaïese" (hulle laat net die helfte van die lig wat op hulle val toe om deur te gaan). Soortgelyk aan anorganiese fotovoltaïese, kan organiese fotovoltaïese ook deurskynend wees.

Nie golflengte selektief nie

Sommige nie-golflengte-selektiewe fotovoltaïese stelsels bereik semi-deursigtigheid deur ruimtelike segmentering van ondeursigtige sonselle. Hierdie metode gebruik enige ondeursigtige sonselle en versprei verskeie klein selle op 'n deursigtige substraat. Hierdie verdeling verminder die doeltreffendheid van energie-omsetting drasties en verhoog transmissie.

'n Ander tak van nie-golflengte-selektiewe fotovoltaïese energie gebruik sigbaar absorberende dunfilm-halfgeleiers met klein diktes of groot genoeg bandgapings wat lig toelaat om deur te gaan. Dit lei tot semi-deursigtige fotovoltaïese met 'n soortgelyke direkte afweging tussen doeltreffendheid en transmissie as ruimtelik gesegmenteerde ondeursigtige sonselle.

Nog 'n tak van nie-golflengte-selektiewe fotovoltaïese gebruik sigbaar absorberende dunfilm-halfgeleiers met klein diktes of voldoende groot bandgapings wat lig toelaat om deur te gaan. Dit lei tot semi-deursigtige fotovoltaïese met 'n soortgelyke direkte kompromie tussen doeltreffendheid en transmissie as ruimtelik gesegmenteerde ondeursigtige sonselle.

Golflengte-selektiewe fotovoltaïese

Golflengte-selektiewe fotovoltaïese bereik deursigtigheid deur die gebruik van materiale wat net UV- en/of NIR-lig absorbeer en is die eerste keer in 2011 bekendgestel. Ten spyte van die hoër deurlaatbaarheid, is energie-omsettingsdoeltreffendheid laer as gevolg van 'n aantal probleme. Dit sluit in klein eksitondiffusielengtes, skaal van deursigtige elektrodes sonder om doeltreffendheid in te boet, en algehele leeftyd as gevolg van die onstabiliteit van organiese materiale wat in TPV's in die algemeen gebruik word.

Innovasies in deursigtige en deurskynende fotovoltaïese

Vroeë pogings om nie-golflengte-selektiewe semi-deursigtige organiese fotovoltaïese te ontwikkel met baie dun aktiewe lae wat in die sigbare spektrum absorbeer, kon slegs doeltreffendheid van minder as 1% behaal. In 2011 het deursigtige organiese fotovoltaïese met 'n organiese chloroaluminiumftalosianienskenker (ClAlPc) en 'n fullereen-ontvanger egter absorpsie in die ultraviolet en naby-infrarooi (NIR) spektrum getoon met doeltreffendheid rondom 1.3% en sigbare ligoordrag van meer as 65%. In 2017 het MIT-navorsers 'n metode ontwikkel om deursigtige grafeenelektrodes suksesvol op organiese sonselle te deponeer, wat lei tot 61% sigbare ligoordrag en verbeterde doeltreffendheid van 2,8-4,1%.

Perovskiet-sonselle, wat baie gewild is as volgende generasie fotovoltaïese met doeltreffendheid van meer as 25%, het ook belofte getoon vir deursigtige fotovoltaïese. In 2015 het 'n semi-deursigtige perovskiet sonsel wat 'n metielammonium lood trijodied perovskiet en 'n silwer nanodraad rooster bo-elektrode gebruik 'n transmissie van 79% by 'n golflengte van 800 nm en 'n doeltreffendheid van ongeveer 12,7% getoon.