Објављено: 8. марта 2025. / Ажурирано: 8. марта 2025. – Аутор: Konrad Wolfenstein
Перовскитне соларне ћелије: Потенцијал транспарентних фотонапонских система за модерне зграде и фотонапонске пројекте – Слика: Xpert.Digital
Транспарентна енергетска транзиција: Производња електричне енергије кроз иновативну технологију прозора
Перовскитне соларне ћелије: Будући произвођачи паметних прозора
Развој транспарентних, високоефикасних соларних ћелија отвара нове перспективе за интеграцију фотонапонских система у зграде. Перовскитне соларне ћелије су се, посебно, последњих година појавиле као обећавајући кандидат за ову примену. Са ефикасношћу до 31,6 процената, могућношћу транспарентних дизајна и исплативом производњом, оне би могле револуционисати коришћење соларне енергије. Тренутна истраживања показују да је раније проблематична стабилност ових ћелија значајно побољшана. Примене као што су паметни прозори, који не само да генеришу електричну енергију већ могу и да прилагоде своју транспарентност условима околине, посебно су обећавајуће.
У вези са овим:
Основе перовскитне соларне технологије
Перовскитне соларне ћелије представљају релативно нови развој у фотонапонској енергији, а интензивна истраживања су почела тек 2009. године. Своје име дугују минералу перовскиту, чију карактеристичну кристалну структуру показују. Ове соларне ћелије су засноване на такозваним халидним перовскитима, хибридном материјалу састављеном од позитивно наелектрисаних органских компоненти као што су метиламонијумски катјони и неорганских металних соли као што је олово јодид. Њихов јединствени састав материјала и структура се фундаментално разликују од традиционалних силицијумских соларних ћелија, што их чини обећавајућим кандидатом за будућност соларне енергије.
Функционалност перовскитних соларних ћелија ослања се на њихову одличну способност претварања сунчеве светлости у електричну енергију. Научници у истраживачком центру Јилих су, кроз нова мерења фотолуминесценције, открили да су слободни носиоци наелектрисања у перовскитним соларним ћелијама вероватно изузетно добро заштићени од распада, што би могао бити кључни разлог за њихову високу ефикасност. Животни век побуђених носилаца наелектрисања у материјалу је кључни фактор за ефикасност ових соларних ћелија, јер одређује колико дуго електрони ослобођени светлошћу остају доступни и могу допринети производњи енергије.
Последњих година, технолошки развој ових соларних ћелија је импресивно напредовао. Док су прве перовскитне соларне ћелије имале скромну ефикасност од само 4 процента, најновији модели редовно постижу ефикасност већу од 20 процената. Институт Фраунхофер је чак постигао рекордну вредност од 31,6 процената, док је немачка компанија Qcells достигла ефикасност од 28,6 процената.
Предности транспарентних перовскитних соларних ћелија
Најистакнутија карактеристика перовскитних соларних ћелија у поређењу са конвенционалним силицијумским модулима је њихов потенцијал за транспарентност у комбинацији са високом ефикасношћу. Ово својство отвара потпуно нове могућности примене, посебно у области фотонапонских система интегрисаних у зграде. Транспарентне или полутранспарентне соларне ћелије могу се интегрисати у површине прозора, омогућавајући зградама не само да пропуштају светлост већ и да истовремено генеришу електричну енергију.
Степен транспарентности може се подесити током процеса производње у зависности од захтева, мада треба напоменути да ефикасност конверзије енергије опада са повећањем транспарентности. Највиша измерена ефикасност конверзије за транспарентне верзије тренутно износи изванредних 17,9 процената. Истраживачки пројекат IMPRESSIVE показао је да комбинација технологија може да конвертује соларну енергију са ефикасношћу од 14 процената при просечној пропустљивости светлости већој од 55 процената. Полутранспарентне УВ перовскит ћелије чак постижу ефикасност већу од 10 процената при пропустљивости светлости од приближно 60 процената.
Поред своје транспарентности, перовскитне соларне ћелије нуде и друге значајне предности. Релативно су јефтине и лаке за производњу, слично танкослојним соларним модулима. Производња је знатно мање енергетски интензивна у поређењу са силицијумом, јер се перовскити могу производити једноставним, скалабилним процесима као што је штампање са ролне на ролну. Штавише, потребне сировине су генерално лако доступне, што одржава ниске трошкове материјала.
Још једна кључна предност је лакоћа и флексибилност перовскитних соларних ћелија. Могу се наносити као ултратанки слојеви на различите подлоге, што значајно проширује њихове могућности примене. Ово својство омогућава иновативне примене у преносивим уређајима, возилима или фотонапонским решењима интегрисаним у зграде, као што су соларни прозори или фасадни модули.
Иновативне примене у интеграцији зграда
Могућност да се перовскитне соларне ћелије учине транспарентним чини их посебно атрактивним за фотонапонске системе интегрисане у зграде (BIPV), где соларне ћелије замењују традиционалне грађевинске материјале попут прозора. Уграђивање перовскита између стаклених плоча омогућава соларним ћелијама да служе као стварна фасада и зид зграде, док истовремено производе електричну енергију за употребу на лицу места или за напајање мреже.
Компанија Panasonic Holdings представила је конкретан пример ове иновативне примене, приказујући полупрозирне стаклене балустраде са перовскитним соларним ћелијама на балкону моделне куће јужно од Токија. Ови прототипови демонстрирају потенцијал интеграције перовскитне технологије у свакодневне грађевинске елементе. Физичари у Лајпцигу су такође развили прозирну соларну ћелију која се може директно наносити паром на прозорско окно, потенцијално трансформишући читаве фасаде у електране.
Развој у области термохромних или „паметних“ прозора је посебно обећавајући. Научници са Универзитета Калифорније у Берклију развили су функционално проширење за фотонапонски прозор који мења боју и транспарентност са променама температуре и може да генерише електричну енергију када је затамњен. Реверзибилни прелазак на обојени соларни прозор заснива се на промени фазе ултратанких перовскитних слојева.
У свом транспарентном стању, перовскитни кристали постоје у кубној структури и углавном су провидни, док на температури од приближно 105 степени Целзијуса прелазе у мање провидну, али фотонапонски активну кристалну структуру. Ово блокира око две трећине видљиве светлости и постиже ефикасност од седам процената. Када се охлади на собну температуру и изложи одређеној количини влаге, ова фазна промена може се обрнути, а прозор поново постаје провидан.
У вези са овим:
Термохромна својства за климатски оптимизоване зграде
Термохромна својства прозора на бази перовскита могла би значајно допринети енергетској ефикасности зграда. Слично фотохромним сунчаним наочарима, ови прозори могу мењати боју као одговор на промене температуре, при чему је температура – за разлику од интензитета светлости код сунчаних наочара – одлучујући фактор. Како температура расте, провидни прозор постепено постаје жути, наранџасти, црвени или смеђи. Што је топлије, стакло постаје тамније, чиме се просторија аутоматски хлади и без потребе за климатизацијом.
Овај механизам може значајно допринети смањењу потрошње енергије за грејање и хлађење. С обзиром на то да грејање и топла вода чине 25 процената емисије CO2 у Аустрији, и да студија Универзитета у Бирмингему предвиђа да ће се број уређаја за хлађење широм света учетворостручити на 14 милијарди до 2050. године, таква паметна решења за прозоре могла би значајно допринети заштити климе.
Изазови и решења
Упркос својим обећавајућим својствима, перовскитне соларне ћелије се суочавају са неколико изазова који су до сада ограничавали њихову широку комерцијалну примену. Главни проблем је њихова стабилност у реалним условима животне средине. Перовскитни кристали имају тенденцију да расту неуређено и дефектно, што може довести до проблема са стабилношћу. Оне још увек не достижу дуговечност силицијумских соларних ћелија и осетљиве су на влажност, светлост и топлоту. Значајан недостатак је њихова мања отпорност на временске услове, јер се материјал може деградирати под екстремним временским условима.
Међутим, истраживања су већ постигла значајан напредак у превазилажењу ових изазова. Панасоник је, на пример, успео да произведе хемијски стабилнију варијанту материјала и заштити га од временских услова употребом двоструког застакљивања. Белгијска истраживачка институција Имек, партнер у истраживачком конзорцијуму ЕнерџиВил, постигла је пробој у истраживању перовскитних соларних модула . У двогодишњој студији на отвореном на Кипру, демонстрирана је дугорочна стабилност мини-перовскитних модула, који су постигли импресивну енергетску ефикасност од 78 процената након годину дана на отвореном – вредност коју тренутни перовскитни соларни модули често могу да одрже само неколико недеља.
Напредак је постигнут и у области рециклаже. Истраживачи из Шведске развили су метод за потпуно и еколошки прихватљиво рециклирање перовскитних соларних ћелија. Уместо коришћења токсичног диметилформамида за демонтажу ћелија, као што је раније било урађено, тим користи воду као растварач за разградњу разложених перовскита. Све компоненте се затим могу поново користити у новој перовскитној соларној ћелији без утицаја на перформансе – рециклирана соларна ћелија има исту ефикасност као и оригинална.
Специфични изазови остају за термохромне соларне прозоре. Релативно висока температура фазне промене од нешто више од 100 степени Целзијуса морала би се додатно смањити за практичну примену. Штавише, влажност потребна за реверзибилно пребацивање могла би да угрози дугорочну стабилност перовскитних слојева. Међутим, пошто се састав перовскитних материјала може значајно разликовати, даља истраживања би могла да идентификују мешавине материјала без ових недостатака и тиме додатно повећају ефикасност.
Тржишни потенцијал и будући изгледи
Комбинација флексибилности, трошковних предности и изванредне ефикасности чини перовскитне соларне ћелије перспективном технологијом за енергетску транзицију. Истраживачи тржишта у IDTechEx-у предвиђају да ће тржиште перовскитних фотонапонских система достићи годишњи обим продаје од скоро 12 милијарди америчких долара до 2035. године. Ова технологија би могла да замени модуле на бази силицијума као доминантну фотонапонску технологију у будућности.
Комбинација перовскита са силицијумом у тандем ћелијама делује посебно обећавајуће, потенцијално постижући ефикасност до 43 процента – што је значајно побољшање у односу на модуле од чистог силицијума. Перовскитни материјали могу се посебно прилагодити да ефикасно користе различите таласне дужине сунчеве светлости: Док перовскит боље апсорбује светлост кратких таласних дужина (плава), силицијум се истиче у опсегу дугих таласних дужина (црвена).
Транспарентне перовскитне соларне ћелије отварају потпуно нове перспективе за фотонапонске системе интегрисане у зграде. Да би што брже заменили пасивне прозоре прозорима за производњу енергије, истраживачи раде на оптимизацији перформанси ових технологија и убрзању тржишне спремности транспарентних фотонапонских ћелија. Ако се преостали изазови у вези са стабилношћу и издржљивошћу могу превазићи, соларни прозори на бази перовскита могли би значајно допринети децентрализованој производњи енергије у урбаним подручјима у блиској будућности.
Урбана енергетска транзиција: Прозори за производњу енергије са перовскит технологијом
Перовскитне соларне ћелије, посебно њихове транспарентне верзије за примену на прозорима , представљају обећавајућу технологију за будућност фотонапонских система. Са својом комбинацијом високе ефикасности, транспарентности, ниских трошкова производње и флексибилности, оне нуде значајне предности у односу на конвенционалне силицијумске соларне ћелије. Могућност трансформације фасада зграда и прозора у генераторе електричне енергије без угрожавања њихове примарне функције могла би дати кључни допринос енергетској транзицији у урбаним подручјима.
Недавни напредак у побољшању стабилности и дуговечности ових ћелија у реалним условима животне средине је охрабрујући и отвара пут широј комерцијалној примени. Термохромна својства неких прозора на бази перовскита делују посебно иновативно, јер не само да могу да генеришу електричну енергију, већ и да допринесу енергетској ефикасности зграда подешавањем њихове транспарентности.
Иако неки изазови остају, брзи развој перовскит технологије последњих година сугерише да би транспарентне, високоефикасне соларне ћелије ускоро могле да играју значајну улогу у архитектури и снабдевању енергијом. Ова иновативна технологија могла би фундаментално да трансформише будућност грађевинарства, стварајући зграде чији прозори и фасаде нису само естетски пријатни већ и активно доприносе производњи енергије.
У вези са овим:
Ваш глобални партнер за маркетинг и развој пословања
☑️ Наш пословни језик је енглески или немачки
☑️ НОВО: Преписка на вашем матерњем језику!
Konrad Wolfenstein
Ја и мој тим смо срећни што вам можемо бити на располагању као ваш лични саветник.
Можете ме контактирати попуњавањем контакт форме овде или једноставно позовите на +49 89 89 674 804 ( Минхен) . Моја имејл адреса је: [email protected]
Радујем се нашем заједничком пројекту.
