Perovszkit napelemek: Az átlátszó fotovoltaikus rendszerek lehetőségei modern épületekben és fotovoltaikus projektekben – Kép: Xpert.Digital
Átlátszó energiaátmenet: villamosenergia -termelés innovatív ablaktechnika révén
Perowskit napelemek: Az intelligens ablakok jövőbeli gyártói
A nagy hatékonyságú átlátszó napelemek fejlesztése új perspektívákat nyit meg a fotovoltaika épületekbe történő integrálására. Különösen a Perowskit napelemek ígéretes jelöltjeként jelentkeztek erre az alkalmazásra az utóbbi években. Legfeljebb 31,6 százalékos hatékonysággal az átlátszó verziók és az olcsó termelés lehetősége forradalmasíthatja a napenergia felhasználását. A jelenlegi kutatási eredmények azt mutatják, hogy ezeknek a sejteknek a korábban problémás stabilitása jelentősen javulhat. Az olyan intelligens ablaktáblákként alkalmazott alkalmazások, amelyek nemcsak villamos energiát generálnak, hanem átláthatóságukat is adaptálhatják a környezeti körülményekhez is.
Alkalmas:
A Perowskit napenergia -technológia alapjai
A Perovskit napelemek viszonylag új fejleményeket képviselnek a fotovoltaikában, amelyet 2009 óta csak intenzíven vizsgáltak. A nevüket az ásványi perowskitnek tartják, amelynek jellegzetes kristályszerkezete van. Ezek a napelemek az úgynevezett Halid vagy halogenid persovskiteken alapulnak, egy szerves pozitív komponensekből, például metil-ammónium-kationokból és szervetlen fém sókból, például ólom-jodidból készült hibrid anyagon. A speciális anyagösszetétel és a szerkezet alapvetően különbözik a hagyományos szilícium -napelemektől, és ígéretes jelöltvé teszi a napenergia jövőjére.
A Perovskit napelemek funkcionalitása azon alapul, hogy kiválóan képes a napfényt elektromos energiává alakítani. A Jülich Kutatóközpont tudósai rájöttek, hogy a Perovskit napelemek ingyenes töltő hordozói feltehetően védhetők az új fotolumineszcencia mérések révén a szétesés ellen, ami alapvető oka lehet a nagy hatékonyságuknak. Az izgatott terhelésű hordozók élettartama az anyagban döntő tényező ezen napelemek hatékonyságához, mivel meghatározzák, hogy a fény által felszabaduló elektronok mennyi ideig megőrizhetők és hozzájárulhatnak a villamosenergia -termeléshez.
Az utóbbi években ezen napelemek technológiai fejlődése lenyűgöző haladást ért el. Míg az első Perowskit napelemek még mindig csak 4 % -os hatékonysággal rendelkeztek, a legújabb modellek rendszeresen több mint 20 % -ot érnek el. A Fraunhofer Intézet még rekord 31,6 százalékot ért el, míg a QCells német vállalat 28,6 százalékot ért el.
Az átlátszó perovsky napelemek előnyei
A Perovskit napelemek legkiemelkedőbb tulajdonsága a hagyományos szilíciummodulokhoz képest a nagy hatékonyságú potenciális átláthatóság. Ez a tulajdonság teljesen új alkalmazásokat nyit meg, különösen az épület integrált fotovoltaikus területén. Az átlátszó vagy félig átlátszó napelemek integrálhatók az ablakterületekbe, amelyek nemcsak az épületeket hagyják be, hanem villamos energiát is generálhatnak.
Az átláthatóság mértékét a gyártási folyamat során be lehet igazítani, a kéréstől függően, amikor meg kell jegyezni, hogy az energiaátalakítás hatékonysága csökken az átláthatóság növelésével. Az átlátszó verziókban a legmagasabb mért konverziós hatékonyság jelenleg 17,9 százalék. lenyűgöző kutatási projekt részeként kimutatták, hogy a technológiák kombinációja konvertálhatja a napenergiát 14 % -os hatékonysággal, az átlagos könnyű tranzakciós fok több mint 55 százalék. A félig átlátszó UV-Perowskitzellen akár 10 % -nál nagyobb hatékonyságot ér el, körülbelül 60 % -os könnyű tranzakciós fok.
Átláthatóságuk mellett a perovskit napelemeket további figyelemre méltó előnyök jellemzik. Ezek viszonylag olcsók és könnyen gyárthatók, hasonlóan a vékonyréteg-napenergia-modulokhoz. A gyártás sokkal kevésbé energiaigényes a szilíciumhoz képest, mivel a perowsian egyszerű, skálázható módszerekkel, például gördülési nyomtatási technikákkal állítható elő. Ezenkívül a szükséges nyersanyagok általában bőségesek, ami alacsony az anyagköltségek.
Egy másik döntő előnye a Perovsky napelemek könnyűsége és rugalmassága. Alkalmazhatók különböző szubsztrátokra ostya -vékonyrétegként, amely jelentősen kibővíti felhasználásaikat. Ez az ingatlan lehetővé teszi az innovatív alkalmazásokat a hordozható eszközökben, járművekben vagy integrált fotovoltaikus megoldásokban, például napenergia -ablakokban vagy homlokzati modulokban.
Innovatív alkalmazások az épület integrációjában
A Perovskit napelemek átlátszóvá tételének lehetősége különösen vonzóvá teszi az épületbe integrált fotovoltaikus (BIPV) számára, amelyben a napelemek helyettesítik a klasszikus építőanyagokat, például az ablakokat. Az üvegtáblák közötti perovskit beágyazása lehetővé teszi a napelemek számára, hogy az épület tényleges homlokzataként és falként szolgáljanak, miközben villamos energiát generálnak a helyszínen történő felhasználásra vagy a hálózaton történő táplálásra.
Ennek az innovatív alkalmazásnak a konkrét példája bemutatta a Panasonic Holdings-t, amely félig átlátszó üvegkorlátot mutatott be Perovsky napelemekkel a Tokió déli részén található modellház erkélyén. Ezek a prototípusok bebizonyítják, hogy a Perovskit technológia integrálása a mindennapi épület elemekbe. A lipcsi fizikusok egy átlátszó napelemet is kifejlesztettek, amely közvetlenül egy ablaktáblára elpárologhat, és így az egész homlokzatot erőművekké alakíthatja.
A termokróm vagy az „intelligens” ablakok területén történő fejlemények különösen előre nézőek. A Berkeley -i Kaliforniai Egyetem tudósai funkcionális kiterjesztést fejlesztettek ki egy fotovoltaikus aktív ablakba, amely megváltoztatja színét és átláthatóságát, amikor a hőmérséklet megváltozik, és sötétített állapotban áramot generálhat. A színes napelemes ablak reverzibilis változása a ostya-vékony perovskit rétegek fázisváltozásán alapul.
Átlátszó állapotban a Perovskit kristályok köbös szerkezetben kaphatók és nagyrészt átlátszóak, míg körülbelül 105 Celsius fokos hőmérsékleten átmennek egy kevésbé átlátszó, de fotovoltaikus kristályszerkezetbe. Ez blokkolja a látható fény kb. Kétharmadát, és hét százalékos hatékonyságot ér el. A szobahőmérsékletre hűtve és némi nedvességnek kitéve, ez a fázisváltás megfordítható, és az ablak ismét átlátható lesz.
Alkalmas:
Termokróm tulajdonságok az éghajlat -optimalizált épületekhez
A perovszkit alapú ablakok termokróm tulajdonságai jelentősen hozzájárulhatnak az épületek energiahatékonyságához. A fényre sötétedő napszemüvegekhez hasonlóan ezek az ablakok a hőmérséklet-változással változtathatják a színüket, ahol a hőmérséklet – ellentétben a napszemüvegek fényintenzitásával – a meghatározó tényező. Ahogy a hőmérséklet emelkedik, az átlátszó üveg fokozatosan sárgára, narancssárgára, pirosra vagy barnára változtatja a színét. Minél melegebb lesz, annál sötétebb lesz az üveg, lehetővé téve a helyiség automatikus hűtését légkondicionálás nélkül.
Ez a mechanizmus jelentősen hozzájárulhat a fűtés és a hűtés energiaigényének csökkentéséhez. Tekintettel arra a tényre, hogy Ausztriában a fűtés és a forró víz felelős a CO2 -kibocsátás 25 % -áért, és a Birminghami Egyetem tanulmánya szerint a hűvös eszközök számának világszerte meg kell négyszere, 2050 -ig 14 milliárdszorosára, az ilyen intelligens ablakmegoldások fontos hozzájárulást nyújthatnak az éghajlatvédelemhez.
Kihívások és megoldások
Az ígéretes tulajdonságok ellenére a Perovskit napelemek olyan kihívásokkal néznek szembe, amelyek eddig korlátozták széles körű kereskedelmi alkalmazását. Fő probléma a stabilitása a valódi környezeti körülmények között. A Perowskit kristályok általában rendezetlen és hibásá válnak, ami stabilitási problémákhoz vezethet. Még nem éri el a szilícium napelemek hosszú élettartamát, és érzékeny a nedvességre, a fényre és a hőre. Az alacsonyabb időjárási ellenállásban jelentős hátrány van, mivel az anyag szélsőséges időjárási körülmények között bomlik.
A kutatások azonban már jelentős előrelépést tettek e kihívások leküzdésében. A Panasonic például sikeresen előállította az anyag kémiailag stabilabb változatát, és dupla üvegezéssel megvédte azt az elemektől. A belga Imec kutatóintézet, az EnergyVille kutatási konzorcium partnere, áttörést ért el a perovszkit napelemekkel kapcsolatos kutatásban . Egy kétéves ciprusi kültéri vizsgálat igazolta a mini-perovszkit modulok hosszú távú stabilitását, amelyek egy év kültéri tartózkodás után lenyűgöző, 78 százalékos energiahatékonyságot értek el – ezt az értéket a jelenlegi perovszkit napelemek gyakran csak néhány hétig tudják fenntartani.
Előrelépés történt az újrahasznosítás területén is. Svéd kutatók kifejlesztettek egy módszert a perovszkit napelemek teljes és környezetbarát újrahasznosítására. Ahelyett, hogy a mérgező dimetil-formamidot használták volna a cellák szétszereléséhez, ahogy korábban tették, a csapat vizet használ oldószerként a lebomlott perovszkitok lebontására. Minden alkatrész ezután újra felhasználható egy új perovszkit napelemben a teljesítmény feláldozása nélkül – az újrahasznosított napelem ugyanolyan hatékony, mint az eredeti.
Még mindig vannak konkrét kihívások a termokróm napenergia -ablakok számára. A gyakorlati alkalmazásokhoz a viszonylag magas fázisváltási hőmérsékletet alig 100 Celsius fokos hőmérsékleten kell csökkenteni. Ezenkívül a visszafordítható váltáshoz szükséges nedvesség hosszú távon befolyásolhatja a Perowskit rétegek stabilitását. Mivel azonban a Perovskit anyagok összetétele nagymértékben változhat, anyagi keverékek más vizsgálatokban találhatók ezen hátrányok nélkül, és a hatékonyság megnövekedett.
Piaci potenciál és jövőbeli kilátások
A rugalmasság, a költség -előnyök és a kiemelkedő hatékonyság kombinációja miatt a Perowskit napelemek reményt adnak az energiaátmenetre. Az IDTEECHEX piaci kutatói azt jósolják, hogy a Perovskit Photovoltaics piaca 2035 -re közel 12 milliárd dolláros éves eladási volumenre fog elérni. A jövőben ez a technológia felválthatja a szilícium-alapú modulokat, mint a fotovoltaika domináns technológiáját.
A perovszkit és a szilícium kombinációja tandem cellákban különösen ígéretesnek tűnik, mivel akár 43 százalékos hatásfokot is elérhet – ami jelentős javulás a tiszta szilícium modulokhoz képest. A perovszkit anyagok kifejezetten úgy alakíthatók, hogy hatékonyan használják a napfény különböző hullámhosszait: Míg a perovszkit jobban elnyeli a rövidhullámú (kék) fényt, a szilícium a hosszúhullámú (vörös) tartományban jeleskedik.
Az épületbe integrált fotovoltaikus esetekben az átlátszó Perovskit napelemek teljesen új perspektívákat nyitnak meg. Annak érdekében, hogy a passzív ablakokat a lehető leggyorsabban kicseréljék a villamosenergia-termelő ablakokkal, a kutatók a technológiák teljesítményének optimalizálásán és az átlátszó PV-sejtek piaci érettségének előmozdításán dolgoznak. Ha lehetséges a stabilitással és a tartóssággal kapcsolatos továbbra is fennálló kihívások leküzdése, a Perovskit-alapú napenergia-ablakok jelentősen hozzájárulhatnak a városi terekben a decentralizált energiatermeléshez a közeljövőben.
Városi energiaátmenet: Perovskit technológiával működő energiatermelő ablakok
A Perowskit napelemek, különösen az ablakos alkalmazások átlátszó végrehajtása , ígéretes technológiát képviselnek a fotovoltaikusok jövőjével. Az az lehetőség, hogy az épületeket és az ablakokat áramgenerátorokká alakítsák, anélkül, hogy befolyásolnák az elsődleges funkciójukat, döntő módon hozzájárulhat az energiaátmenethez a városi helyiségekben.
Az e sejtek stabilitásának és hosszú élettartamának a valós környezeti körülmények között történő javításának közelmúltbeli előrelépése ösztönző és előkészíti az utat a szélesebb körű kereskedelmi alkalmazáshoz. Néhány perovskit-alapú ablak termokróm tulajdonságai különösen innovatívnak tűnnek, amelyek nemcsak villamos energiát generálnak, hanem az épületek energiahatékonyságához is hozzájárulhatnak az átláthatóság adaptálásával.
Bár még vannak kihívások, a perovszkit technológia gyors fejlődése az elmúlt években arra utal, hogy az átlátszó, nagy hatékonyságú napelemek hamarosan fontos szerepet játszhatnak az építészetben és az energiaellátásban. Ez az innovatív technológia mélyrehatóan megváltoztathatja az építőipar jövőjét – olyan épületekké, amelyek ablakai és homlokzatai nemcsak esztétikusak, hanem aktívan hozzájárulnak az energiaellátáshoz is.
Alkalmas:
Az Ön globális marketing- és üzletfejlesztési partnere
☑️ Üzleti nyelvünk angol vagy német
☑️ ÚJ: Levelezés az Ön nemzeti nyelvén!
Konrad Wolfenstein
Szívesen szolgálok Önt és csapatomat személyes tanácsadóként.
Felveheti velem a kapcsolatot az itt található kapcsolatfelvételi űrlap kitöltésével , vagy egyszerűen hívjon a +49 89 89 674 804 (München) . Az e-mail címem: wolfenstein ∂ xpert.digital
Nagyon várom a közös projektünket.
