GIPV: Gebouw-geïntegreerde fotovoltaïscheën met gedeeltelijke transparante zonnemodules-gebouwen-geïntegreerde fotovoltaïsche foto

De gebouwen-geïntegreerde fotovoltaïsche-GIPV (gebouw-geïntegreerde fotovoltaïsche-BIPV) zijn fotovoltaïsche materialen die conventionele bouwmaterialen vervangen in delen van de gebouw envelop zoals het dak, de dakramen of de gevel. Ze worden in toenemende mate geïntegreerd in de constructie van nieuwe gebouwen als de belangrijkste of zijstroombron, waarbij bestaande gebouwen met vergelijkbare technologie ook achteraf kunnen worden aangebracht. Het voordeel van geïntegreerde fotovoltaïscheën in vergelijking met de gebruikelijke niet-geïntegreerde systemen is dat de initiële kosten kunnen worden gecompenseerd door de kosten voor bouwmaterialen en werknemers te verlagen, wat normaal gesproken nodig zou zijn voor de bouw van het bouwgedeelte dat de BIPV-modules zouden zijn. Bovendien maakt BIPV een bredere acceptatie van zonnestelsels mogelijk als de esthetiek van het gebouw een rol speelt en conventionele zonnemodules, geassembleerd op frames, het beoogde uiterlijk van het gebouw zouden verstoren.

De term BAPV (gebouw toegepaste fotovoltaïscheën) voor gebouwen-geïntegreerde fotovoltaïscheën wordt soms gebruikt om te verwijzen naar fotovoltaïsche systemen die vervolgens in het gebouw worden geïntegreerd. Het grootste deel van de gebouwen geïntegreerde systemen zijn eigenlijk BAPV. Sommige fabrikanten en bouwers maken onderscheid tussen BIPV en BAPV voor nieuwe gebouwen.

PV -toepassingen voor gebouwen ontstonden in de jaren zeventig. Fotovoltaïsche modules met aluminiumframes werden verbonden met gebouwen of gemonteerd, die meestal in afgelegen gebieden waren zonder toegang tot een elektriciteitsnet. In de jaren tachtig begon het fotovoltaïsche modules op daken te bevestigen. Deze PV -systemen werden meestal geïnstalleerd op gebouwen die waren verbonden met het vermogensnet en zich in gebieden met centrale energiecentrales bevonden. In de jaren negentig werden BIPV -bouwproducten, die speciaal waren ontwikkeld voor integratie in de bouwomslag, commercieel verkrijgbaar. In een doctoraatsthesis van Patrina Eerdfert vanaf 1998 recht op de economische beoordeling van BIPV, werd de hypothese opgezet dat er op een dag een economische waarde zou zijn voor het handelen met credits voor hernieuwbare energiebronnen (Credits voor hernieuwbare energie - RECS). Een economische evaluatie en een kort overzicht van de geschiedenis van BIPV door het Amerikaanse National Renewable Energy Laboratory uit 2011 geven aan dat aanzienlijke technische uitdagingen nog steeds kunnen worden beheerd voordat BIPV -installatiekosten kunnen concurreren met die van fotovoltaïsche systemen. Er is echter een groeiende consensus dat BIPV-systemen tegen 2020 de ruggengraat van het Europese doel zullen vormen voor Zero Energy Buildings (Zero Energy Building-ZEB) door ze op de markt te brengen. Ondanks de veelbelovende technische mogelijkheden werden ook sociale obstakels voor wijdverbreid gebruik gevonden, zoals de conservatieve cultuur van de bouwsector en integratie in stadsplanning met hoge dichtheid. De auteurs wijzen erop dat langetermijngebruik waarschijnlijk net zoveel afhankelijk is van effectieve politieke beslissingen als van technische ontwikkeling.

De gedeeltelijke transparante zonnemodules bieden een interessante manier om gebouw -geïntegreerde fotovoltaïsche (BIPV) te integreren in architectuur en stadsplanning. Dit nieuwe type generatie op zonne -energie zal hoogstwaarschijnlijk een belangrijk onderdeel zijn van de elektriciteitsproductie wereldwijd in de toekomst.

Building -geïntegreerde fotovoltaïscheën met gedeeltelijke transparante zonnemodules is een aantrekkelijke optie voor de constructie van energie -efficiënte gebouwen. Deze technologie kan helpen de kosten van energievoorziening te verlagen en tegelijkertijd de buitenkant van het gebouw te verbeteren.

Bovendien kunnen gedeeltelijke transparante zonnemodules worden gebruikt om daglicht in een gebouw te begeleiden. Dit bespaart niet alleen energie, maar verlaagt ook de kosten voor kunstmatige verlichting.

Samenvattend kan worden gezegd dat het gebouw -geïntegreerde fotovoltaïsche fotovoltaïsch een zeer efficiënt en veelzijdig type hernieuwbare energieën is. Het heeft het potentieel om de energievoorziening van gebouwen duurzaam te verbeteren.

Zonnemodules gemaakt van kristallijn silicium voor outdoor- en dakstroomplanten.

Amorfe kristallijne silicium-dünnshicht-Solar PV-modules die hol, licht, rood, blauw en geel kunnen zijn, als een glazen gevel en transparant dakraam.

CIGS-gebaseerde (koper-indium-gallium-selenide) dunne-laagcellen op flexibele modules die worden gelamineerd tot het bouwspoelelement, of de CIGS-cellen worden direct op het substraat van de bouwschelp geïnstalleerd.

Dubbele glazen zonnemodules met vierkante cellen erin.

Plat dak

De meest voorkomende oplossing tot nu toe is een amorfe dunne-laag zonnecel, die is geïntegreerd in een flexibele polymeermodule die is bevestigd met een lijmfilm tussen de achterkantfilm van de zonnemodule en de dakafdichting. Met de koper-indium-gallium-selenide (CIGS) -technologie kan een Amerikaans bedrijf een celefficiëntie van 17 % bereiken voor gebouw-geïntegreerde modules in tpo-membranen met één laag.

Schuine dak

Solard dakpannen zijn (keramische) dakpannen met geïntegreerde zonnemodules. De Ceramic Solar Dak Tile werd ontwikkeld en gepatenteerd door een Nederlands bedrijf in 2013.

Modules die de vorm hebben van verschillende dakpannen.

Zonne -shinds zijn modules die eruit zien en werken als normale gordelroos, maar een flexibele dunne laagcel bevatten.

Ze verlengen de normale levensdaken door de isolatie en membranen te beschermen tegen UV -straling en waterschade. Bovendien wordt de condensatie voorkomen omdat het dauwpunt boven het dakmembraan wordt gehouden.

Metalen hellende daken (zowel structureel als architecturaal) zijn nu uitgerust met PV-functies, hetzij door een vrijstaande flexibele module te lijmen of door warmte- en vacuümafdichting van de CIGS-cellen direct op het substraat.

facade

De gevels kunnen aan bestaande gebouwen worden bevestigd en oude gebouwen een volledig nieuwe look geven. Deze modules zijn bevestigd aan de gevel van het gebouw boven de bestaande structuur, die de aantrekkelijkheid van het gebouw en de wederverkoopwaarde kunnen vergroten.

beglazing

Fotovoltaïsche ramen zijn (half) transparante modules die een aantal architecturale elementen kunnen vervangen die meestal zijn gemaakt van glas of vergelijkbare materialen, zoals: B. Windows en dakramen. Ze genereren niet alleen elektrische energie, ze kunnen ook verdere energiebesparing veroorzaken vanwege hun uitstekende thermische isolatie -eigenschappen en de controle van de stralen van de zon.

Fotovoltaïsche glazen ramen: de integratie van technologieën voor energieopwekking in residentiële en bedrijfsgebouwen heeft aanvullende onderzoeksgebieden geopend waarin de algehele esthetiek van het eindproduct meer in aanmerking wordt genomen. Hoewel het doel is om nog steeds een hoog rendement te bereiken, zijn nieuwe ontwikkelingen in fotovoltaïsche ramen ook bedoeld om consumenten een optimaal niveau van glastransparantie te kiezen en/of de mogelijkheid om uit een reeks kleuren te kiezen. Verschillende gekleurde zonnepanelen kunnen zodanig worden ontworpen dat ze bepaalde golflengtebereiken optimaal absorberen van het bredere spectrum. Gekleurd fotovoltaïsch glas werd met succes ontwikkeld met semi-transparante, perovsky en kleurstofgevoelige zonnecellen.

• Plasmonale zonnecellen die gekleurd licht absorberen en reflecteren, werden ontwikkeld met de Fabry Pérot-Talon-technologie. Deze cellen bestaan ​​uit "twee parallelle, reflecterende metalen films en een diëlektrische holte -film ertussen". De twee elektroden bestaan ​​uit Ag en de holte tussen hen van SB2O3. Door de dikte en de brekingsindex van de diëlektrische holte te veranderen, wordt de het best geabsorbeerde golflengte veranderd. De aanpassing van de kleur van het absorptielaag glas aan het specifieke deel van het spectrum, waaraan de dikte en de brekingsindex van de cel het best worden gecoördineerd, verbetert zowel de esthetiek van de cel door de kleur te intensiveren en de verliezen in de fotorlow te minimaliseren. Een permeabiliteit van 34,7 % of 24,6 % werd bereikt met de apparaten voor rood en blauw licht. Blauwe apparaten kunnen 13,3 % van het geabsorbeerde licht omzetten in elektriciteit, waardoor het de meest efficiënte van alle ontwikkelde en geteste gekleurde apparaten is.
• Perowskit zonneceltechnologie kan worden aangepast aan rood, groen en blauw door de dikte van de metalen nanobraden te veranderen in 8, 20 en 45 nm. Maximale efficiëntie van 10,12 %, 8,17 % en 7,72 % werden bereikt door de glazen reflectie aan te passen aan de golflengte waarvoor de respectieve cel het meest geschikt is.
• Kleurcellen gebruiken vloeibare elektrolyten om licht te vangen en om te zetten in bruikbare energie; Dit gebeurt op een vergelijkbare manier als hoe natuurlijke pigmenten fotosynthese in planten mogelijk maken. Hoewel chlorofyl het specifieke pigment is, dat verantwoordelijk is voor de groene kleur in bladeren, creëren anderen variaties van oranje en violette kleuren die in de natuur voorkomen. Onderzoekers van de Universiteit van Concepcion hebben de levensvatbaarheid aangetoond van kleurstofgevoelig gesensibiliseerde zonnecellen, die zowel verschijnen als selectief bepaalde golflengten van licht absorberen. Met deze goedkope oplossing worden natuurlijke pigmenten van maqui -vruchten, zwarte myrtes en spinazie verkregen als sensitors. Deze natuurlijke sensitoren zijn vervolgens bevestigd tussen twee lagen gemaakt van transparant glas. Hoewel de efficiëntie van deze bijzonder goedkope cellen nog onduidelijk is, zou eerder onderzoek op het gebied van organische kleurstofcellen een "hoge elektriciteitsconversie -efficiëntie van 9,8 %" kunnen bereiken.

Transparante zonnecellen gebruiken een tinoxide -coating aan de binnenkant van de glazen ruiten om de stroom uit de cel te leiden. De cel bevat titaniumoxide, gecoat met een foto -elektrische kleurstof.

De meeste conventionele zonnecellen gebruiken zichtbaar en infraroodlicht om elektriciteit te genereren. De innovatieve nieuwe zonnecel daarentegen gebruikt ook ultraviolette straling. Als het wordt gebruikt als vervanging voor conventioneel raamglas of over het glas wordt geplaatst, kan het installatiegebied groot zijn, wat leidt tot potentiële toepassingen die de gecombineerde functies van stroomopwekking, verlichting en temperatuurregeling gebruiken.

Een andere naam voor transparante fotovoltaïscheën is "doorschijnende fotovoltaïscheën" (ze laten slechts de helft van het licht erop vallen). Net als bij anorganische fotovoltaïscheën, kunnen organische fotovoltaïscheën ook permeabel zijn voor licht.

Niet -golflengte selectief

Sommige niet-golflengte-gebaseerde fotovoltaïsche systemen bereiken semi-transparantie door ruimtelijke segmentatie van ondoorzichtige zonnecellen. Met deze methode worden alle lichtopenende zonnecellen gebruikt en worden verschillende kleine cellen verdeeld op een transparant substraat. Deze divisie vermindert de efficiëntie van de energieconversie drastisch en verhoogt de transmissie.

Een andere tak van niet-golflengte-selectieve fotovoltaïscheën maakt gebruik van zichtbaar absorberende dunne film semi-geleiders met kleine diktes of groot genoeg bandopeningen waarmee licht erdoorheen kan gaan. Dit resultaat in semi-transparante fotovoltaïscheën met een vergelijkbare lijn tussen off tussen efficiëntie en transmissie als ruimtelijk gesegmenteerde ondoorzichtige zonnecellen.

Een andere tak van de niet-golflengte-selectieve fotovoltaïsch gebruikt zichtbaar absorberende dunne-laag-halle leider met lage dikke of voldoende grote bandopeningen die licht doorlaten. Dit leidt tot semi -transparante fotovoltaïscheën met een vergelijkbaar direct compromis tussen efficiëntie en transmissie als in ruimtelijk gesegmenteerde ondoorzichtige zonnecellen.

Golflengte gevoelig fotovoltaïsch

Golflengte Selectieve fotovoltaïscheën bereikt transparantie door het gebruik van materialen die alleen UV en/of NIR -licht absorberen, en werd voor het eerst gepresenteerd in 2011. Ondanks de hogere permeabiliteit is de efficiëntie in energieconversie lager vanwege een aantal problemen. Dit omvat kleine exciton diffusielengten, het schalen van transparante elektroden zonder de efficiëntie en de algemene levensduur te belemmeren vanwege de inconsistentie van de organische materialen die in TPV's in het algemeen worden gebruikt.

Innovaties in de transparante en doorschijnende fotovoltaïsche

Vroege pogingen om niet-golflengte-selectieve semi-transparante organische fotovoltaïscheën te ontwikkelen met zeer dunne actieve lagen die absorberen in het zichtbare spectrum konden alleen de efficiëntie van minder dan 1 %bereiken. In 2011, however, transparent organic photovoltaics with an organic chloraluminum phthalocyanin-immonor (CLALPC) and a fulleren acceptor showed an absorption in the ultraviolet and close infrared spectrum (NIR) with efficiency by 1.3 % and light permitiveness in the visible range of over 65 %. In 2017 ontwikkelden co-onderzoekers een proces voor de succesvolle scheiding van transparante grafische elektroden op organische zonnecellen, wat leidde tot een permeabiliteit van 61% voor zichtbaar licht en verbeterde efficiëntie van 2,8-4,1%.

Perowskit zonnecellen, die erg populair zijn als de volgende generatie fotovoltaïsch met efficiëntie van meer dan 25 %, hebben ook bewezen veelbelovend te zijn voor transparante fotovoltaïscheën. In 2015 vertoonde een semi-transparante zonnecel van Perovskit met een methylammonium pleetrician-Perovskit en een zilveren anano-draad-topelektrode een transmissie van 79 % met een golflengte van 800 nm en een efficiëntie van ongeveer 12,7 %.