Jak tekstura szkła wpływa na działanie fotowoltaiki? Sprawdził to polski naukowiec

Gdzie w fotowoltaice można stosować teksturyzowane szkło?

Wraz z biegiem czasu rośnie zainteresowanie fotowoltaiką zintegrowaną ze strukturą budynku (ang. Building Integrated Photovoltaics, BIPV). Tego typu konstrukcje wymagają jednak zastosowania szczególnych materiałów, które będą np. ograniczać poziom odbijania światła od ich powierzchni, tak aby nie oślepiać kierowców jadących ulicami obok budowli. Jednym z dostępnych rozwiązań jest używanie szkła teksturowanego. Czy jednak tego typu materiał nie będzie w znacznym stopniu wpływał na wydajność modułu fotowoltaicznego? Na to pytanie postanowił odpowiedzieć Paweł Kwaśnicki z Katolickiego Uniwersytetu Lubelskiego.

W ramach swojego eksperymentu polski naukowiec zbadał zachowanie paneli fotowoltaicznych skrytych za trzema typami szklanych powłok. Pierwsza z nich to szkło teksturowane o regularnym wzorze, na drugiej wzór był nieregularny. Trzecia to czyste szkło, bez żadnej struktury.

Podsumowanie wyników badań najlepiej zacząć od tego parametru, dla którego szkło teksturowane jest używane w BIPV – mniejszego stopnia odbijania światła. Całkowicie czysta powłoka odbijała aż 90,38% promieni. Panel z regularnym wzorem tekstury osiągnął tu wynik 86,10%, a ten z nieregularnym – 85,11%. Przewaga teksturowanego szkła pod tym względem jest więc widoczna, chociaż relatywnie niewielka. Warto zaznaczyć, że mówimy tu o odbijaniu światła w spektrum widzialnym. Okazuje się jednak, że odpowiednia struktura szklanych powłok na modułach PV może wpłynąć na inne aspekty działania tych urządzeń.

Polski badacz sprawdził, że teksturowane szkło sprawdzi się w fotowoltaice

Tekstura na szklanej powłoce miała wpływ na uzysk energii z panelu. Jak łatwo się domyśleć ograniczała go, ale nieznacznie, bo o maksymalnie 5%. Zarejestrowane przez Kwaśnickiego wartości pomiędzy szkłem teksturowanym a gładkim były nieznaczne. Badacz sprawdził również parametry “gołego” modułu, niechronionego przez szkło. Okazało się, że panowało w nim niższe napięcie obwodu otwartego niż w przypadku paneli chronionych przez powłokę z teksturą.

- To wynika z niższych wartości transmisji w zakresie UV i NIR w przypadku próbek o teksturowanej powierzchni. Ponieważ wysokie temperatury mogą zwiększać tempo rekombinacji nośników i zmniejszać napięcie obwodu otwartego (Voc) poprzez ograniczenie promieniowania IR docierającego do powierzchni ogniwa, można obniżyć temperaturę. Dodatkowo światło UV, wraz z innymi częściami widma słonecznego (IR), przyczynia się do nagrzewania ogniwa słonecznego. Nadmierne ciepło może przyspieszać starzenie się materiałów, zwiększać tempo rekombinacji par elektron-dziura i zmniejszać ogólną wydajność ogniwa. Długotrwałe narażenie na promieniowanie UV może prowadzić do fotodegradacji krzemu i innych materiałów ogniwa – czytamy w badaniu polskiego naukowca opublikowanym w czasopiśmie “Cleaner Engineering and Technology”.

Okazuje się więc, że teksturowane szkło, mimo niższych uzysków energii, może skuteczniej chronić panele fotowoltaiczne typu BIPV przed przegrzaniem się. Jak wiadomo, wysoka temperatura działa negatywnie na wydajność panelu fotowoltaicznego. Okazuje się jednak, że teksturowane szkło może zmniejszyć nagrzewanie się urządzenia, a także ograniczyć docieranie do nich szkodliwych promieni UV oraz podczerwonych, uszkadzających moduły w dłuższej perspektywie czasu.

- Ponieważ promieniowanie podczerwone ma kilka negatywnych skutków dla krzemowych ogniw fotowoltaicznych, w tym ograniczoną absorpcję energii, efekty termiczne prowadzące do obniżenia wydajności, ograniczenia materiałowe oraz straty optyczne spowodowane rekombinacją nośników – zastosowanie szkła teksturowanego w modułach PV jest korzystne – konkluduje badacz.

Źródła: pv-magazine.com, sicencedirect.com