जीआईपीवी: आंशिक रूप से पारदर्शी सौर मॉड्यूल के साथ बिल्डिंग-एकीकृत फोटोवोल्टिक्स - बिल्डिंग-एकीकृत फोटोवोल्टिक्स

बिल्डिंग-इंटीग्रेटेड फोटोवोल्टिक्स - जीआईपीवी (बिल्डिंग-इंटीग्रेटेड फोटोवोल्टिक्स - बीआईपीवी) फोटोवोल्टिक सामग्रियां हैं जो बिल्डिंग लिफाफे के कुछ हिस्सों जैसे छत, रोशनदान या मुखौटा में पारंपरिक निर्माण सामग्री को प्रतिस्थापित करती हैं। इन्हें बिजली के मुख्य या द्वितीयक स्रोत के रूप में नई इमारतों के निर्माण में तेजी से एकीकृत किया जा रहा है, हालांकि मौजूदा इमारतों को भी इसी तरह की तकनीक के साथ फिर से तैयार किया जा सकता है। सामान्य गैर-एकीकृत प्रणालियों की तुलना में एकीकृत फोटोवोल्टिक्स का लाभ यह है कि निर्माण सामग्री और श्रम पर व्यय को कम करके प्रारंभिक लागत की भरपाई की जा सकती है जो आम तौर पर भवन के उस हिस्से के निर्माण के लिए आवश्यक होती है जिसे बीआईपीवी मॉड्यूल प्रतिस्थापित करते हैं। इसके अलावा, बीआईपीवी सौर प्रतिष्ठानों को व्यापक रूप से अपनाने में सक्षम बनाता है जब इमारत का सौंदर्यशास्त्र चिंता का विषय होता है और पारंपरिक रैक-माउंटेड सौर पैनल इमारत के इच्छित स्वरूप को बाधित करते हैं।

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 सामने आए। एल्यूमीनियम फ्रेम वाले फोटोवोल्टिक पैनल इमारतों से जुड़े या लगाए गए थे, जो आमतौर पर विद्युत ग्रिड तक पहुंच के बिना दूरदराज के क्षेत्रों में स्थित थे। 1980 के दशक में, छतों पर फोटोवोल्टिक मॉड्यूल स्थापित किए जाने लगे। ये पीवी सिस्टम आम तौर पर विद्युत ग्रिड से जुड़ी इमारतों पर स्थापित किए गए थे और केंद्रीकृत बिजली संयंत्रों वाले क्षेत्रों में स्थित थे। 1990 के दशक में, विशेष रूप से बिल्डिंग लिफ़ाफ़े में एकीकृत करने के लिए डिज़ाइन किए गए BIPV निर्माण उत्पाद व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हो गए। पैट्रिना एइफर्ट द्वारा 1998 में डॉक्टरेट थीसिस, जिसका शीर्षक बीआईपीवी का एक आर्थिक मूल्यांकन था, ने परिकल्पना की थी कि एक दिन नवीकरणीय ऊर्जा क्रेडिट (आरईसी) के व्यापार के लिए एक आर्थिक मूल्य होगा। 2011 के आर्थिक मूल्यांकन और यूएस नेशनल रिन्यूएबल एनर्जी लेबोरेटरी द्वारा बीआईपीवी के इतिहास की संक्षिप्त समीक्षा से पता चलता है कि बीआईपीवी स्थापना लागत फोटोवोल्टिक प्रणालियों के साथ प्रतिस्पर्धा करने से पहले अभी भी महत्वपूर्ण तकनीकी चुनौतियों पर काबू पाना बाकी है। हालाँकि, इस बात पर आम सहमति बढ़ रही है कि BIPV प्रणालियाँ, अपने व्यापक व्यावसायीकरण के माध्यम से, 2020 तक यूरोप के जीरो एनर्जी बिल्डिंग (ZEB) लक्ष्य की रीढ़ बनेंगी। आशाजनक तकनीकी संभावनाओं के बावजूद, व्यापक उपयोग में सामाजिक बाधाओं की भी पहचान की गई है, जैसे निर्माण उद्योग की रूढ़िवादी संस्कृति और उच्च-घनत्व शहरी नियोजन में एकीकरण। लेखक बताते हैं कि दीर्घकालिक उपयोग तकनीकी विकास के समान प्रभावी नीति निर्णयों पर भी निर्भर होने की संभावना 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।

• प्लास्मोनिक सौर सेल, जो रंगीन प्रकाश को अवशोषित और प्रतिबिंबित करते हैं, फैब्री-पेरोट-एटलॉन तकनीक का उपयोग करके विकसित किए गए थे। इन कोशिकाओं में "दो समानांतर, परावर्तक धातु फिल्में और उनके बीच एक ढांकता हुआ गुहा फिल्म होती है।" दोनों इलेक्ट्रोड Ag से बने हैं और उनके बीच की गुहा Sb2O3 से बनी है। ढांकता हुआ गुहा की मोटाई और अपवर्तक सूचकांक को बदलने से तरंग दैर्ध्य बदल जाता है जो सबसे अच्छा अवशोषित होता है। अवशोषण परत ग्लास के रंग का स्पेक्ट्रम के विशिष्ट भाग से मिलान करना, जिससे सेल की मोटाई और अपवर्तक सूचकांक सबसे अच्छा मेल खाता है, सेल के रंग को तीव्र करके और फोटोक्रेक्ट नुकसान को कम करके सेल के सौंदर्यशास्त्र में सुधार करता है। लाल और नीली रोशनी वाले उपकरणों के लिए, क्रमशः 34.7% और 24.6% का संप्रेषण हासिल किया गया। नीले उपकरण 13.3% अवशोषित प्रकाश को बिजली में परिवर्तित कर सकते हैं, जिससे वे विकसित और परीक्षण किए गए सभी रंगीन उपकरणों में सबसे कुशल बन जाते हैं।
• 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।
• डाई सौर सेल प्रकाश को पकड़ने और उसे प्रयोग करने योग्य ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए तरल इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करते हैं; यह उसी तरह से होता है जैसे प्राकृतिक रंगद्रव्य पौधों में प्रकाश संश्लेषण को सक्षम बनाते हैं। जबकि क्लोरोफिल पत्तियों में हरे रंग के लिए जिम्मेदार विशिष्ट वर्णक है, अन्य प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले वर्णक जैसे कैरोटीनॉयड और एंथोसायनिन नारंगी और बैंगनी रंगों की विविधता पैदा करते हैं। कॉन्सेपसियन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने डाई-सेंसिटाइज़्ड रंगीन सौर कोशिकाओं की व्यवहार्यता का प्रदर्शन किया है जो प्रकाश की कुछ तरंग दैर्ध्य को प्रदर्शित और चुनिंदा रूप से अवशोषित करती हैं। यह लागत प्रभावी समाधान सेंसिटाइज़र के रूप में माकी फल, काली मर्टल और पालक से प्राकृतिक रंगद्रव्य का उपयोग करता है। फिर इन प्राकृतिक सेंसिटाइज़र को पारदर्शी कांच की दो परतों के बीच रखा जाता है। हालांकि इन विशेष रूप से कम लागत वाली कोशिकाओं की दक्षता अभी भी अस्पष्ट है, कार्बनिक डाई कोशिकाओं के क्षेत्र में पिछला शोध "9.8% की उच्च शक्ति रूपांतरण दक्षता" प्राप्त करने में सक्षम था।

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 फोटोवोल्टिक्स का दूसरा नाम "पारभासी फोटोवोल्टिक्स" है (वे अपने ऊपर पड़ने वाले प्रकाश के आधे हिस्से को ही गुजरने देते हैं)। अकार्बनिक फोटोवोल्टिक के समान, कार्बनिक फोटोवोल्टिक भी पारभासी 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।