GIPV: Gebou-geïntegreerde fotovoltaïese met gedeeltelike deursigtige sonkragmodules – gebou-geïntegreerde fotovoltaïese

Die gebou -geïntegreerde fotovoltaïese – GIPV (gebou -geïntegreerde fotovoltaïese – BIPV) is fotovoltaïese materiale wat konvensionele boumateriaal in dele van die gebouomhulsel vervang, soos die dak, die dakvensters of die fasade. Dit word toenemend geïntegreer in die konstruksie van nuwe geboue as die hoof- of sykragbron, waardeur bestaande geboue met soortgelyke tegnologie ook toegerus kan word. Die voordeel van geïntegreerde fotovoltaïese in vergelyking met die gewone nie-geïntegreerde stelsels is dat die aanvanklike koste vergoed kan word deur uitgawes vir boumateriaal en werkers te verminder, wat normaalweg nodig sou wees vir die konstruksie van die bougedeelte wat die BIPV-modules sou wees. Daarbenewens stel BIPV 'n breër aanvaarding van sonkragstelsels moontlik as die estetika van die gebou 'n rol speel en konvensionele sonkragmodules, wat op rame saamgestel is, die beoogde voorkoms van die gebou sou versteur.

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.

PV -aansoeke vir geboue het in die 1970's ontstaan. Fotovoltaïese modules met aluminiumrame is aan geboue gekoppel of gemonteer, wat gewoonlik in afgeleë gebiede was sonder toegang tot 'n kragnet. In die 1980's het dit begin om fotovoltaïese modules aan die dakke te heg. Hierdie PV -stelsels is gewoonlik geïnstalleer op geboue wat aan die kragnetwerk gekoppel is en in gebiede met sentrale kragsentrales geleë is. In die negentigerjare het BIPV -konstruksieprodukte, wat spesiaal ontwikkel is vir integrasie in die gebou -koevert, kommersieel beskikbaar geword. In 'n doktorale proefskrif deur Patrina Eiffert vanaf 1998, geregtig op die ekonomiese beoordeling van BIPV, is die hipotese opgestel dat daar eendag 'n ekonomiese waarde sou wees vir die verhandeling van krediete vir hernubare energieë (krediete vir hernubare energie – RECS). 'N Ekonomiese evaluering en 'n kort oorsig van die geskiedenis van BIPV deur die Amerikaanse nasionale laboratorium vir hernubare energie vanaf 2011 dui aan dat aansienlike tegniese uitdagings steeds bestuur kan word voordat BIPV -installasiekoste met dié van fotovoltaïese stelsels kan meeding. Daar is egter 'n groeiende konsensus dat BIPV -stelsels teen 2020 die ruggraat van die Europese doelwit vir nul -energie -geboue (Zero Energy Building – ZEB) sal vorm deur dit te bemark. Ondanks die belowende tegniese moontlikhede, is sosiale struikelblokke vir wydverspreide gebruik ook gevind, soos die konserwatiewe kultuur van die konstruksiebedryf en integrasie in stedelike beplanning met 'n hoë digtheid. Die skrywers wys daarop dat die gebruik van lang termyn waarskynlik net soveel afhanklik is van effektiewe politieke besluite 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 aan 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.

• Plasmonale sonkragselle wat gekleurde lig absorbeer en weerkaats, is ontwikkel met die Fabry Pérot-Talon-tegnologie. Hierdie selle bestaan ​​uit “twee parallelle, reflektiewe metaalfilms en 'n diëlektriese holte -film tussen hulle”. Die twee elektrodes bestaan ​​uit AG en die holte tussen SB2O3. Deur die dikte en die brekingsindeks van die diëlektriese holte te verander, word die golflengte wat die beste opgeneem is, verander. Die aanpassing van die kleur van die absorpsielaagglas aan die spesifieke deel van die spektrum, waaraan die dikte en die brekingsindeks van die sel die beste gekoördineer word, verbeter beide die estetika van die sel deur die kleur te versterk en die verlies van fotovloei te verminder. 'N Deurlaatbaarheid van 34,7 % of 24,6 % is bereik met die toestelle vir rooi en blou lig. Blou toestelle kan 13,3 % van die geabsorbeerde lig omskakel in elektrisiteit, wat dit die doeltreffendste van alle ontwikkelde en getoetsde gekleurde toestelle maak.
• 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.
• Kleurselle gebruik vloeibare elektroliete om lig te vang en om te skakel in bruikbare energie; Dit gebeur op 'n soortgelyke manier as hoe natuurlike pigmente fotosintese by plante moontlik maak. Terwyl chlorofil die spesifieke pigment is, wat verantwoordelik is vir die groen kleur in blare, skep ander variasies van oranje en violetkleure wat in die natuur voorkom. Navorsers van die Universiteit van Concepcion het die lewensvatbaarheid van kleurstofgevoelige gekleurde sonkragselle getoon, wat beide sekere golflengtes van lig verskyn en selektief absorbeer. Met hierdie goedkoop oplossing word natuurlike pigmente van maqui -vrugte, swart mirte en spinasie as sensitors verkry. Hierdie natuurlike sensitors word dan tussen twee lae van deursigtige glas vasgemaak. Alhoewel die doeltreffendheid van hierdie veral goedkoop selle nog onduidelik is, kan vorige navorsing op die gebied van organiese kleurstofselle 'n 'hoë elektrisiteitsomskakelingsdoeltreffendheid van 9.8 %' bereik.

Deursigtige sonselle gebruik 'n tinoksiedbedekking aan die binnekant van die glaspanele 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.

'N Ander naam vir deursigtige fotovoltaïese is' deurskynende fotovoltaïese '(hulle laat slegs die helfte van die lig daarop val). Soortgelyk aan anorganiese fotovoltaïese, kan organiese fotovoltaïese ook deurlaatbaar wees vir lig.

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.