GIPV: आंशिक पारदर्शी सौर मॉड्यूल के साथ बिल्डिंग-इंटीग्रेटेड फोटोवोल्टिक्स – बिल्डिंग-इंटीग्रेटेड फोटोवोल्टिक

बिल्डिंग -इंटीग्रेटेड फोटोवोल्टिक – GIPV (बिल्डिंग -इंटीग्रेटेड फोटोवोल्टिक – BIPV) फोटोवोल्टिक सामग्री हैं जो भवन के लिफाफे के कुछ हिस्सों में पारंपरिक निर्माण सामग्री को बदल देती हैं जैसे कि छत, छत की खिड़कियां या मुखौटा। वे तेजी से मुख्य या साइड पावर स्रोत के रूप में नई इमारतों के निर्माण में एकीकृत हो रहे हैं, जिससे समान तकनीक वाली मौजूदा इमारतों को भी रेट्रोफिट किया जा सकता है। सामान्य गैर-एकीकृत प्रणालियों की तुलना में एकीकृत फोटोवोल्टिक का लाभ यह है कि प्रारंभिक लागतों को निर्माण सामग्री और श्रमिकों के लिए खर्चों को कम करके मुआवजा दिया जा सकता है, जो कि आमतौर पर भवन के भाग के निर्माण के लिए आवश्यक होगा कि बीआईपीवी मॉड्यूल होंगे। इसके अलावा, BIPV सौर प्रणालियों की व्यापक स्वीकृति को सक्षम बनाता है यदि भवन का सौंदर्यशास्त्र एक भूमिका निभाता है और पारंपरिक सौर मॉड्यूल, फ्रेम पर इकट्ठे, इमारत के इच्छित उपस्थिति को परेशान करेंगे।

भवन-एकीकृत फोटोवोल्टिक्स के लिए BAPV (बिल्डिंग-एप्लाइड फोटोवोल्टिक्स) शब्द का उपयोग कभी-कभी फोटोवोल्टिक प्रणालियों को संदर्भित करने के लिए किया जाता है जिन्हें बाद में इमारत में एकीकृत किया जाता है। अधिकांश भवन-एकीकृत सिस्टम वास्तव में BAPV हैं। कुछ निर्माता और बिल्डर नई इमारतों के लिए BIPV और BAPV के बीच अंतर करते हैं।

इमारतों के लिए पीवी अनुप्रयोग 1970 के दशक में उत्पन्न हुए। एल्यूमीनियम फ्रेम के साथ फोटोवोल्टिक मॉड्यूल इमारतों या घुड़सवारों से जुड़े थे, जो आमतौर पर पावर ग्रिड तक पहुंच के बिना दूरदराज के क्षेत्रों में होते थे। 1980 के दशक में इसने छतों पर फोटोवोल्टिक मॉड्यूल संलग्न करना शुरू किया। ये पीवी सिस्टम आमतौर पर इमारतों पर स्थापित किए गए थे जो पावर ग्रिड से जुड़े थे और केंद्रीय बिजली संयंत्रों वाले क्षेत्रों में स्थित थे। 1990 के दशक में, BIPV निर्माण उत्पाद, जो विशेष रूप से बिल्डिंग लिफाफे में एकीकरण के लिए विकसित किए गए थे, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हो गए। 1998 से Patrina Eiffert द्वारा BIPV के आर्थिक मूल्यांकन के हकदार, एक डॉक्टरेट थीसिस में, परिकल्पना की स्थापना की गई थी कि एक दिन अक्षय ऊर्जा (अक्षय ऊर्जा क्रेडिट – आरईसीएस) के लिए क्रेडिट के साथ व्यापार के लिए एक आर्थिक मूल्य होगा। एक आर्थिक मूल्यांकन और 2011 से यूएस नेशनल रिन्यूएबल एनर्जी लेबोरेटरी द्वारा बीआईपीवी के इतिहास का एक संक्षिप्त अवलोकन इंगित करता है कि बीआईपीवी इंस्टॉलेशन लागतों को फोटोवोल्टिक सिस्टम के साथ प्रतिस्पर्धा करने से पहले काफी तकनीकी चुनौतियों का प्रबंधन किया जा सकता है। हालांकि, एक बढ़ती आम सहमति है कि BIPV सिस्टम 2020 तक शून्य ऊर्जा भवनों (शून्य ऊर्जा भवन – ZEB) के लिए यूरोपीय लक्ष्य की रीढ़ की हड्डी का निर्माण करेगा। होनहार तकनीकी संभावनाओं के बावजूद, व्यापक उपयोग के लिए सामाजिक बाधाएं भी पाई गईं, जैसे कि निर्माण उद्योग की रूढ़िवादी संस्कृति और उच्च घनत्व के साथ शहरी नियोजन में एकीकरण। लेखक बताते हैं कि लंबे समय तक उपयोग संभवतः तकनीकी विकास पर प्रभावी राजनीतिक निर्णयों पर निर्भर करता है।

आंशिक रूप से पारदर्शी सौर मॉड्यूल भवन-एकीकृत फोटोवोल्टिक्स (बीआईपीवी) को वास्तुकला और शहरी नियोजन में एकीकृत करने का एक दिलचस्प अवसर प्रदान करते हैं। यह नए प्रकार का सौर ऊर्जा उत्पादन संभवतः भविष्य में दुनिया भर में बिजली उत्पादन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा होगा।

आंशिक रूप से पारदर्शी सौर मॉड्यूल के साथ बिल्डिंग-एकीकृत फोटोवोल्टिक्स ऊर्जा-कुशल इमारतों के निर्माण के लिए एक आकर्षक विकल्प है। यह तकनीक इमारत के बाहरी हिस्से में सुधार करते हुए ऊर्जा आपूर्ति लागत को कम करने में मदद कर सकती है।

इसके अलावा, अर्ध-पारदर्शी सौर मॉड्यूल का उपयोग किसी इमारत के इंटीरियर में दिन के उजाले को निर्देशित करने के लिए किया जा सकता है। इससे न केवल ऊर्जा की बचत होती है बल्कि कृत्रिम प्रकाश की लागत भी कम हो जाती है।

संक्षेप में, यह कहा जा सकता है कि भवन-एकीकृत फोटोवोल्टिक्स एक बहुत ही कुशल और बहुमुखी प्रकार की नवीकरणीय ऊर्जा है। इसमें इमारतों की ऊर्जा आपूर्ति में स्थायी सुधार करने की क्षमता है।

जमीन पर लगे और छत पर लगे बिजली संयंत्रों के लिए क्रिस्टलीय सिलिकॉन से बने सौर मॉड्यूल।

अनाकार क्रिस्टलीय सिलिकॉन पतली फिल्म सौर पीवी मॉड्यूल, जो खोखले, हल्के, लाल, नीले और पीले, कांच के मुखौटे और पारदर्शी रोशनदान के रूप में हो सकते हैं।

लचीले मॉड्यूल पर सीआईजीएस-आधारित (कॉपर-इंडियम-गैलियम-सेलेनाइड) पतली-फिल्म कोशिकाएं जो बिल्डिंग लिफाफा तत्व पर टुकड़े टुकड़े की जाती हैं, या सीआईजीएस कोशिकाएं सीधे बिल्डिंग लिफाफा सब्सट्रेट पर लगाई जाती हैं।

अंदर वर्गाकार कोशिकाओं के साथ डबल ग्लास सौर पैनल।

सपाट छत

आज तक का सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला समाधान एक लचीले पॉलिमर मॉड्यूल में एकीकृत एक अनाकार पतली-फिल्म सौर सेल है, जो सौर मॉड्यूल की पिछली फिल्म और छत वॉटरप्रूफिंग के बीच एक चिपकने वाली फिल्म के साथ सुरक्षित है। कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड (सीआईजीएस) तकनीक का उपयोग करके, एक अमेरिकी कंपनी सिंगल-लेयर टीपीओ झिल्ली में एकीकृत मॉड्यूल के निर्माण के लिए 17% सेल दक्षता प्राप्त कर सकती है।

पक्की छतें

सौर छत टाइलें एकीकृत सौर मॉड्यूल के साथ (सिरेमिक) छत टाइलें हैं। सिरेमिक सौर छत टाइल को 2013 में एक डच कंपनी द्वारा विकसित और पेटेंट कराया गया था।

कई छत टाइलों के आकार के मॉड्यूल।

सोलर शिंगल्स ऐसे पैनल होते हैं जो नियमित शिंगल्स की तरह दिखते और काम करते हैं लेकिन इनमें एक लचीली पतली-फिल्म सेल होती है।

वे इन्सुलेशन और झिल्लियों को यूवी विकिरण और पानी से होने वाले नुकसान से बचाकर छतों के सामान्य जीवनकाल को बढ़ाते हैं। संघनन को भी रोका जाता है क्योंकि ओस बिंदु छत की झिल्ली के ऊपर रखा जाता है।

धातु की छतें (संरचनात्मक और वास्तुशिल्प दोनों) अब पीवी क्षमताओं से सुसज्जित की जा रही हैं, या तो एक मुक्त-खड़े लचीले मॉड्यूल को जोड़कर या सीआईजीएस कोशिकाओं को सब्सट्रेट पर सीधे गर्मी और वैक्यूम सील करके।

मुखौटा

अग्रभागों को मौजूदा इमारतों से जोड़ा जा सकता है और पुरानी इमारतों को पूरी तरह से नया रूप दिया जा सकता है। ये मॉड्यूल मौजूदा संरचना के ऊपर इमारत के मुखौटे से जुड़े हुए हैं, जो इमारत की अपील और इसके पुनर्विक्रय मूल्य को बढ़ा सकते हैं।

ग्लेज़िंग

फोटोवोल्टिक खिड़कियां (अर्ध)पारदर्शी मॉड्यूल हैं जो आमतौर पर कांच या इसी तरह की सामग्री से बने कई वास्तुशिल्प तत्वों को प्रतिस्थापित कर सकती हैं, जैसे: बी. खिड़कियाँ और रोशनदान। वे न केवल विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करते हैं, बल्कि वे अपने उत्कृष्ट थर्मल इन्सुलेशन गुणों और सौर विकिरण नियंत्रण के कारण अतिरिक्त ऊर्जा बचत भी प्रदान कर सकते हैं।

फोटोवोल्टिक ग्लास खिड़कियां: आवासीय और वाणिज्यिक भवनों में ऊर्जा उत्पादन प्रौद्योगिकियों के एकीकरण ने अनुसंधान के अतिरिक्त क्षेत्र खोले हैं जो अंतिम उत्पाद के समग्र सौंदर्यशास्त्र पर अधिक ध्यान देते हैं। जबकि लक्ष्य उच्च दक्षता प्राप्त करना है, फोटोवोल्टिक विंडो में नए विकास का उद्देश्य उपभोक्ताओं को ग्लास पारदर्शिता का इष्टतम स्तर और/या रंगों की एक श्रृंखला से चुनने की क्षमता प्रदान करना है। विभिन्न रंगों के सौर पैनलों को व्यापक स्पेक्ट्रम से कुछ तरंग दैर्ध्य श्रेणियों को बेहतर ढंग से अवशोषित करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। रंगीन फोटोवोल्टिक ग्लास को अर्ध-पारदर्शी, पेरोव्स्काइट और डाई-सेंसिटाइज़्ड सौर कोशिकाओं का उपयोग करके सफलतापूर्वक विकसित किया गया है।

• प्लास्मोनल सौर कोशिकाएं जो रंगीन प्रकाश को अवशोषित करती हैं और प्रतिबिंबित करती हैं, उन्हें फैब्री प्रोट-टैलोन तकनीक के साथ विकसित किया गया था। इन कोशिकाओं में "दो समानांतर, चिंतनशील धातु फिल्में और उनके बीच एक ढांकता हुआ गुहा फिल्म" शामिल हैं। दो इलेक्ट्रोड में एसबी 2 ओ 3 से एजी और उनके बीच गुहा शामिल हैं। ढांकता हुआ गुहा की मोटाई और अपवर्तक सूचकांक को बदलकर, सबसे अच्छी तरह से अवशोषित होने वाली तरंग दैर्ध्य को बदल दिया जाता है। स्पेक्ट्रम के विशिष्ट भाग के लिए अवशोषण परत के कांच के रंग का अनुकूलन, जिसमें सेल की मोटाई और अपवर्तक सूचकांक को सबसे अच्छा समन्वित किया जाता है, इसके रंग को तीव्र करके और फोटो प्रवाह के नुकसान को कम करके सेल के दोनों सौंदर्यशास्त्र में सुधार होता है। लाल और नीले प्रकाश के लिए उपकरणों के साथ 34.7 % या 24.6 % की पारगम्यता प्राप्त की गई थी। ब्लू डिवाइस 13.3 % अवशोषित प्रकाश को बिजली में बदल सकते हैं, जो इसे सभी विकसित और परीक्षण किए गए रंगीन उपकरणों का सबसे कुशल बनाता है।
• पेरोव्स्काइट सौर सेल प्रौद्योगिकी को धातु नैनोवायर की मोटाई को क्रमशः 8, 20 और 45 एनएम तक बदलकर लाल, हरे और नीले रंग में ट्यून किया जा सकता है। 10.12%, 8.17% और 7.72% की अधिकतम बिजली दक्षता ग्लास परावर्तन को तरंग दैर्ध्य के अनुसार समायोजित करके प्राप्त की गई थी जिसके लिए प्रत्येक कोशिका सबसे उपयुक्त है।
• रंग कोशिकाएं प्रकाश को पकड़ने और प्रयोग करने योग्य ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए तरल इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करती हैं; यह एक समान तरीके से होता है कि कैसे प्राकृतिक पिगमेंट पौधों में प्रकाश संश्लेषण को सक्षम करते हैं। जबकि क्लोरोफिल विशिष्ट वर्णक है, जो पत्तियों में हरे रंग के लिए जिम्मेदार है, अन्य लोग नारंगी और बैंगनी रंगों की विविधताएं बनाते हैं जो प्रकृति में होते हैं। Concepcion विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने डाई सेंसिटाइज्ड रंगीन सौर कोशिकाओं की व्यवहार्यता का प्रदर्शन किया है, जो दोनों दिखाई देते हैं और चुनिंदा रूप से प्रकाश के कुछ तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करते हैं। इस सस्ती समाधान के साथ, Maqui फलों, काले myrtes और पालक से प्राकृतिक पिगमेंट को संवेदक के रूप में प्राप्त किया जाता है। ये प्राकृतिक संवेदक तब पारदर्शी ग्लास से बनी दो परतों के बीच जुड़े होते हैं। जबकि इन विशेष रूप से सस्ती कोशिकाओं की दक्षता अभी भी स्पष्ट नहीं है, कार्बनिक डाई कोशिकाओं के क्षेत्र में पिछला शोध "9.8 %की उच्च बिजली रूपांतरण दक्षता" प्राप्त कर सकता है।

पारदर्शी सौर सेल सेल से बाहर बिजली का संचालन करने के लिए कांच के शीशे के अंदर एक टिन ऑक्साइड कोटिंग का उपयोग करते हैं। सेल में फोटोइलेक्ट्रिक डाई से लेपित टाइटेनियम ऑक्साइड होता है।

अधिकांश पारंपरिक सौर सेल बिजली उत्पन्न करने के लिए दृश्य और अवरक्त प्रकाश का उपयोग करते हैं। इसके विपरीत, नवोन्वेषी नए सौर सेल पराबैंगनी विकिरण का भी उपयोग करते हैं। जब पारंपरिक खिड़की के शीशे के प्रतिस्थापन के रूप में उपयोग किया जाता है या कांच के ऊपर रखा जाता है, तो स्थापना क्षेत्र बड़ा हो सकता है, जिससे संभावित अनुप्रयोग हो सकते हैं जो बिजली उत्पादन, प्रकाश व्यवस्था और तापमान नियंत्रण के संयुक्त कार्यों का उपयोग करते हैं।

पारदर्शी फोटोवोल्टिक के लिए एक और नाम "पारभासी फोटोवोल्टिक" है (वे केवल उन पर प्रकाश का आधा हिस्सा गिरने देते हैं)। अकार्बनिक फोटोवोल्टिक्स के समान, कार्बनिक फोटोवोल्टिक्स भी प्रकाश के लिए पारगम्य हो सकते हैं।

तरंग दैर्ध्य चयनात्मक नहीं

कुछ गैर-तरंग दैर्ध्य-चयनात्मक फोटोवोल्टिक प्रणालियाँ अपारदर्शी सौर कोशिकाओं के स्थानिक विभाजन के माध्यम से अर्ध-पारदर्शिता प्राप्त करती हैं। यह विधि किसी भी अपारदर्शी सौर कोशिकाओं का उपयोग करती है और एक पारदर्शी सब्सट्रेट पर कई छोटी कोशिकाओं को वितरित करती है। यह विभाजन ऊर्जा रूपांतरण की दक्षता को काफी कम कर देता है और संचरण को बढ़ा देता है।

गैर-तरंग दैर्ध्य-चयनात्मक फोटोवोल्टिक्स की एक अन्य शाखा छोटी मोटाई या बड़े पर्याप्त बैंड अंतराल के साथ दृश्यमान रूप से अवशोषित पतली-फिल्म अर्ध-कंडक्टर का उपयोग करती है जो प्रकाश को गुजरने की अनुमति देती है। इनका परिणाम अर्ध-पारदर्शी फोटोवोल्टिक्स में होता है, जिसमें स्थानिक रूप से खंडित अपारदर्शी सौर कोशिकाओं के समान दक्षता और संचरण के बीच सीधा व्यापार होता है।

गैर-तरंग दैर्ध्य-चयनात्मक फोटोवोल्टिक्स की एक अन्य शाखा छोटी मोटाई या पर्याप्त बड़े बैंड अंतराल के साथ दृश्यमान रूप से अवशोषित पतली-फिल्म अर्धचालक का उपयोग करती है जो प्रकाश को गुजरने की अनुमति देती है। यह स्थानिक रूप से खंडित अपारदर्शी सौर कोशिकाओं के समान दक्षता और संचरण के बीच एक समान प्रत्यक्ष समझौते के साथ अर्ध-पारदर्शी फोटोवोल्टिक की ओर ले जाता है।

तरंग दैर्ध्य-चयनात्मक फोटोवोल्टिक

तरंग दैर्ध्य-चयनात्मक फोटोवोल्टिक्स उन सामग्रियों के उपयोग के माध्यम से पारदर्शिता प्राप्त करता है जो केवल यूवी और/या एनआईआर प्रकाश को अवशोषित करते हैं और इसे पहली बार 2011 में पेश किया गया था। उच्च पारगम्यता के बावजूद, कई समस्याओं के कारण ऊर्जा रूपांतरण क्षमता कम है। इनमें छोटी एक्साइटन प्रसार लंबाई, दक्षता से समझौता किए बिना पारदर्शी इलेक्ट्रोड की स्केलिंग और सामान्य रूप से टीपीवी में उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक पदार्थों की अस्थिरता के कारण समग्र जीवनकाल शामिल है।

पारदर्शी और पारभासी फोटोवोल्टिक में नवाचार

दृश्यमान स्पेक्ट्रम में अवशोषित होने वाली बहुत पतली सक्रिय परतों के साथ गैर-तरंग दैर्ध्य-चयनात्मक अर्ध-पारदर्शी कार्बनिक फोटोवोल्टिक विकसित करने के शुरुआती प्रयास केवल 1% से कम की क्षमता प्राप्त करने में सक्षम थे। हालाँकि, 2011 में, एक कार्बनिक क्लोरोएल्यूमीनियम फ़ेथलोसाइनिन डोनर (ClAlPc) और एक फुलरीन स्वीकर्ता के साथ पारदर्शी कार्बनिक फोटोवोल्टिक्स ने पराबैंगनी और निकट-अवरक्त (NIR) स्पेक्ट्रम में लगभग 1.3% की क्षमता और 65% से अधिक के दृश्य प्रकाश संप्रेषण के साथ अवशोषण दिखाया। 2017 में, एमआईटी शोधकर्ताओं ने कार्बनिक सौर कोशिकाओं पर पारदर्शी ग्राफीन इलेक्ट्रोड को सफलतापूर्वक जमा करने के लिए एक विधि विकसित की, जिसके परिणामस्वरूप 61% दृश्य प्रकाश संप्रेषण और 2.8-4.1% की बेहतर दक्षता हुई।

पेरोव्स्काइट सौर सेल, जो 25% से अधिक क्षमता वाले अगली पीढ़ी के फोटोवोल्टिक के रूप में बहुत लोकप्रिय हैं, ने पारदर्शी फोटोवोल्टिक के लिए भी वादा दिखाया है। 2015 में, मिथाइलमोनियम लेड ट्राईआयोडाइड पेरोव्स्काइट और सिल्वर नैनोवायर ग्रिड टॉप इलेक्ट्रोड का उपयोग करके एक अर्ध-पारदर्शी पेरोव्स्काइट सौर सेल ने 800 एनएम की तरंग दैर्ध्य पर 79% का संप्रेषण और लगभग 12.7% की दक्षता का प्रदर्शन किया।