Hollandia alkalmazott tudományos kutatásokkal foglalkozó szervezete (Organisation for Applied Scientific Research, TNO) 2014 óta foglalkozik különböző innovatív napelem panelek vizsgálatával, többek között különböző BIPV modulok tesztelésével, amelyet saját SolarBEAT vizsgálati létesítményében végez, az Eindhoven-i Műszaki Egyetemen.
A projekt vezetője, Roland Valckenborg szerint a színes modulok még mindig drágábbak, mint a hagyományos napelem modulok, azonban a fogyasztók egyre élénkebben érdeklődnek irántuk. „Az emberek ugyanúgy választani akarnak a különböző modellek közül, mint az autóknál” – nyilatkozta a pv magazine számára.
Teljesítmény paraméterek
Valckenborg azt jelezte, hogy a színes épületbe integrált napelem modulok (BIPV) teljesítményét eddig alábecsülték. „Rendkívül kellemes meglepetésként állapítottunk meg a kutatás során, hogy a texturált modulok nem veszítenek a teljesítményükből a normál referencia modulokhoz képest. „Így a plusz texturált üvegréteg okozta kisebb veszteséget ellensúlyozza az a kicsivel magasabb hozam, amely az beesési szögeknél fordul elő.
Az első vizsgálatokat 2017-ben kezdtük meg, akkor még meggyőződésünk volt, hogy a színezett panelek 40% és 50% közötti mértékben fogják csökkenteni a hozamot. „2018-ban sikerült igazolnunk, hogy a szürke színű modulok esetében ez csupán 11%” – állította Valckenborg.
Az eredményeket kutatóintézetek is igazolták, például a svájci Alkalmazott tudományok és művészetek Egyetem (University of Applied Sciences and Arts of Southern Switzerland, SUPSI)
Fény visszaverődése
Amikor rákérdeztünk, hogy a szín mennyire befolyásolja a fény visszaverődését, Valckenborg azt válaszolta, hogy minimális csökkenéssel kell számolni. „Ha színes napelem panelt szeretnénk, akkor el kell fogadnunk, hogy a napfénynek nem a teljes látható tartománya fog eljutni a cellához, hanem annak egy része visszaverődik vagy elnyelődik” – magyarázta. A hagyományos, nem színezett napelem paneleknél a napelem cellák tetején lévő összes réteget – az elülső üveget és a tokozó anyagot – optimalizálni kell, hogy a lehető legnagyobb mértékben átlátszó legyen és engedje a fény bejutását és a napelem cellák elérését.
Jelenleg két főbb megközelítés létezik a napelem panelek színezésére: egy pigmentalapú színezést alkalmazó technika és egy szerkezeti színezéses módszer. Az első technika festékek és pigmentanyagok alkalmazására utal, amelyek jórészt elnyelik, kisebb részben visszaverik a fény bizonyos tartományát. Ebben az esetben például színes pontokat nyomtatnak a napelem elülső üvegére vagy a színezett tok anyagára.
A szerkezeti színezést a fénnyel megvalósuló kölcsönhatás segítségével lehet elérni, nano-szerkezetű felületek vagy többrétegű filmbevonatok segítségével. Az üvegen elhelyezett interferencia szűrők az interferencia-effektust használják ki a fény látható spektrumából csak egy szűk sáv visszaverésére.
Ezért a szín elérésének módja és a panel teljesítményének módosítása jelentős mértékben függ az adott esetben felhasznált technológiától és a bekövetkező optikai jelenségektől.
„Ideális esetben a színes napelem panel a fény látható spektrumából csak egy szűk sávot ver vissza és a többit továbbítja” – ismertette Valckenborg. „Ily módon a színes modult az általa visszatükrözött fény hullámhosszúságának megfelelő színűnek érzékeljük, míg a napfény többi tartománya hatékonyan felhasználható áramtermelésre.”
A további veszteségek elkerülése érdekében a színezett rétegnek (üveg vagy a tok anyaga vagy extra réteg) nem elnyelő tulajdonságúnak kell lennie.
Teljesítmény csökkenés
A színes napelemek teljesítményének csökkenése a napelem cellákhoz jutó fotonok alacsonyabb számának tulajdonítható, ami utána alacsonyabb áramerősséget és csökkenő áramtermelést eredményez. A jelenleg a piacon kapható színes napelemek teljesítmény csökkenése körülbelül a 10% és 40% közötti tartományba esik. Valckenborg szerint a veszteségek mértéke függ az adott színtől is, mivel mindegyik szín más visszaverési tartománnyal jellemezhető.
„A pigment-alapú színek mindig elnyelik a fény tartományának egy részét. E tekintetben vannak a többinél jobb festékek, amelyeknek kisebb a fényelnyelése” – állította.
A magasabb teljesítmény szempontjából jelenleg az interferencia-bevonat a legjobb megoldás. A szűrők elkészíthetők teljesen elnyelés-mentes anyagokból, és a visszaverési görbéjük csúcsa a lehető legkeskenyebbre szűkíthető.
„Ennek a technológiának a hátrányai inkább az árnál és más tényezőknél jelentkeznek, például a szín attól függ, hogy milyen szögből nézzük” – magyarázta Valckenborg. „Általánosságban véve is érvényes, hogy mindig kompromisszumot kell kötni az elektromos teljesítmény, a költség és az esztétikai minőség között.”
Valckenborg szerint annak, hogy a színes modulok még mindig sokkal drágábbak, mint a hagyományos panelek, az egyik oka az építőipar jelenleg viszonylag konzervatív hozzáállása, amire persze nyomós okuk van. Homlokzati elemként a színes, épületbe integrált napelem moduloknak eleget kell tenniük a szigorú biztonsági előírásoknak, és elég stabilaknak kell lenniük bármilyen meghibásodás elkerülésére. „Mert ha bármi elromlik, az óriási javítási költségekkel járhat” – világított rá.
A színes modulokat homlokzatok esetében tekintik ideális megoldásnak. „Először is azért, mert a homlokzatok jobban látszanak, mint a tetők” – mondta Valckenborg. „Másodszor pedig azért, mert a homlokzat euróban kifejezett, négyzetméterenkénti ára már így is jelentősen meghaladja a nyeregtetőét. Így a szín miatti többletköltség viszonylag alacsonyabb a homlokzati alkalmazásoknál.
Valckenborg megjegyezte, hogy a nyeregtetőkre való integrált napelem panelek még mindig piaci résnek számítanak.
„Hollandiában egyre több infrastruktúrához kapcsolódó napelem (IIPV) jelenik meg, amely magában foglalja az összes alkalmazást, zajvédő falakon, gátakon és utakon. Mivel ezek az alkalmazások láthatók, lehet, hogy egy nap majd ezek is színesek lesznek” – vonta le a következtetést.
Forrás: pv-magazine