شیشه فتوولتائیک
مهار خورشید با شیشه فتوولتائیک
چکیده
این راهنمای جامع به بررسی شیشه فتوولتائیک و کاربردهای آن در ساختمان ها می پردازد. جزئیات در مورد اثر فتوولتائیک ارائه شده است که شیشه PV را قادر می سازد الکتریسیته را از نور خورشید تولید کند. این مقاله به بررسی فناوری‌های مختلف شیشه PV، فرآیندهای تولید، روش‌های نصب و محصولات ویژه برای پنجره‌ها، نورگیرها و دیوارهای پرده می‌پردازد. مزایای مورد تجزیه و تحلیل شامل انرژی های تجدیدپذیر در محل، کاهش ردپای کربن، صرفه جویی در قبض برق و زیبایی شناسی معماری است. پیشرفت‌های اخیر نیز مورد بحث قرار گرفته‌اند که کارایی شیشه PV را بهبود می‌بخشد و گزینه‌های یکپارچه‌سازی را گسترش می‌دهد.
معرفی
شیشه فتوولتائیک (PV) یک ماده ساختمانی نوآورانه است که برق را از پرتوهای خورشید تولید می کند. با سلول‌های PV که بین شیشه‌های شیشه‌ای تعبیه شده یا روی سطوح شیشه‌ای پوشانده شده‌اند، پنجره‌ها و نورگیرها به ژنراتورهای برق بدون آلایندگی تبدیل می‌شوند. فتوولتائیک های یکپارچه در ساختمان با استفاده از شیشه PV روشی زیباشناختی را برای مهار انرژی خورشیدی در جایی که استفاده می شود ارائه می دهند.
در این مقاله به بررسی اثر فتوولتائیک می‌پردازیم که به شیشه PV توانایی تبدیل نور خورشید به برق را می‌دهد. روش‌های مختلف تولید برای لعاب PV، همراه با محصولات تخصصی مانند کاشی‌های شیشه‌ای خورشیدی، دیوارهای پرده و آتریوم مقایسه خواهد شد. جوانب مثبت و منفی ادغام شیشه PV در ساخت و سازهای جدید و موجود مورد بحث قرار گرفته است. پیشرفت های اخیر فناوری مانند شیشه PV نیمه شفاف نیز مورد بررسی قرار گرفته است که امکانات طراحی معماری را گسترش می دهد
شیشه فتوولتائیک چگونه کار می کند
شیشه فتوولتائیک حاوی سلول های خورشیدی ساخته شده از سیلیکون یا سایر مواد نیمه هادی است که نور را مستقیماً از طریق اثر فتوولتائیک به الکتریسیته تبدیل می کند. فوتون های خورشیدی بر روی الکترون ها در سطح سلول PV تاثیر می گذارند و انرژی می دهند و باعث تولید ولتاژ و جریان می شوند .
لایه‌های لایه نازک خورشیدی یا پوشش‌ها به نور اجازه عبور می‌دهند و در عین حال چگالی توان ۵ تا ۳۰ وات بر فوت مربع تولید می‌کنند. الکتریسیته خروجی می تواند بارهای در محل، اندازه گیری شبکه یا تغذیه شبکه را تامین کند. رنگ های روشن تر پنجره ها نور کمتری را جذب می کنند اما شفاف تر هستند. جهت گیری استراتژیک بهره خورشیدی را به حداکثر می رساند.
شیشه PV انرژی تجدیدپذیر را فراهم می کند و در عین حال شفافیت و زیبایی شناسی مورد نظر شیشه های معمولی را حفظ می کند.
انواع شیشه فتوولتائیک
دو دسته اصلی محصول وجود دارد:
– شیشه PV سیلیکونی کریستالی – سلول های سیلیکونی تک کریستالی یا پلی کریستالی که بین شیشه های شیشه ای لمینت شده اند، با راندمان معمولی 15-18%. ظاهر مات تیره تر
– لایه نازک شیشه PV – لایه های بسیار نازک سیلیکون آمورف، تلورید کادمیوم یا سایر مواد عجیب و غریب بر روی شیشه پوشانده می شود. شفافیت بیشتر اما بازده کمتر از 5-12% می باشد .
طیف‌های جذبی مختلف رنگ‌های متفاوتی می‌دهند. شیشه PV را می توان در واحدهای شیشه ای عایق، نماهای دوتایی و سایر پیکربندی ها گنجاند. هدف تحقیقات در حال انجام افزایش کارایی و بهبود شفافیت است.
روش های ساخت
فرآیندهای کلیدی تولید شیشه PV عبارتند از:
– یکپارچه سازی یکپارچه – سلول های خورشیدی تعبیه شده در شیشه های ویژه (3).
– کپسوله سازی – ساندویچ کردن ورقه های PV بین ورق های شیشه ای استاندارد.
– رسوب فیلم – لایه های سیلیکونی آمورف نازک مستقیماً روی شیشه قرار می گیرند.
– پوشش اسپری – نانوفیلم های PV فلزی با استفاده از جوهرهای نانوذراتی روی شیشه اسپری می شوند (4).
– ترموفرمینگ – کوبیدن شیشه های نیمه شکل بر روی فیلم های خورشیدی منحنی شکل، شکل های غیرعادی مانند کاشی های سقف را امکان پذیر می کند.
کنترل کیفیت، مشخصات الکتریکی، وضوح بصری و قابلیت اطمینان را تضمین می کند. شیشه PV هنوز یک جایگاه ویژه است، اما با کاهش هزینه ها، مقیاس تولید به سرعت در حال افزایش است.
کاربردهای ساختمان شیشه ای PV
شیشه PV فرصت های برق خورشیدی را برای موارد زیر فراهم می کند:
– پنجره ها – شیشه BIPV جایگزین پنجره های معمولی با تولید برق می شود.
– دیوارهای پرده ای و نورگیرها – لمینت های شیشه ای PV یا فیلم ها در سیستم های قاب بندی مقاوم سازی می شوند.
– دهلیزها – سقف های شیشه ای PV شیب دار، سرپناه و انرژی خورشیدی را فراهم می کنند.
– زوناهای خورشیدی – کاشی های شیشه ای PV شکل گرفته با پلیمرها، سقفی را ایجاد می کنند که برق نیز تولید می کند.
– دیوارهای شیشه ای ساختاری – پارتیشن های شیشه ای PV با لایه نازک شفاف نور منتشر را جذب می کنند (5).
– آکواریوم – شیشه فتوولتائیک زیستگاه حیواناتی را ایجاد می کند که نیروی اضافی خود را تولید می کند (6).
شیشه PV نماها و سیستم‌های روشنایی روز را به زیرساخت‌های خورشیدی در محل تبدیل می‌کند و در عین حال نماهای دلخواه و عبور نور را حفظ می‌کند.
پیشرفت های اخیر
هدف از نوآوری های نسل بعدی شیشه PV بهبود عملکرد و زیبایی شناسی است:
– افزایش انتقال نور مرئی – روش‌های جدید تولید به شیشه PV نیمه شفاف اجازه می‌دهد که در حین تولید برق تقریباً شفاف به نظر می‌رسد.
– شیشه PV رنگی و تزئینی – معرفی رنگ ها، بافت ها و پوشش ها سلول های خورشیدی را از دید پنهان می کند.
– شیشه PV انعطاف پذیر – فیلم های خورشیدی سیلیکونی آمورف انعطاف پذیر نازک، خم شدن را در منحنی های ترکیبی امکان پذیر می کند.
– پوشش های رد نزدیک مادون قرمز – انعکاس NIR از شیشه PV با کاهش دمای سلول، بازده الکتریکی را افزایش می دهد.
– بهینه سازی PV یکپارچه ساختمان – نرم افزار جدید به معماران کمک می کند تا تولید برق شیشه ای BIPV و صرفه جویی را به حداکثر برسانند.
نتیجه
شیشه فتوولتائیک با توانایی خود در تولید انرژی خورشیدی بدون به خطر انداختن زیبایی ساختمان، مواد همه کاره ای را برای طراحی پایدار فراهم می کند. پیشرفت‌های مداوم در کارایی، شفافیت و انعطاف‌پذیری باعث پذیرش در ساخت‌وسازهای جدید و مقاوم‌سازی می‌شود. فن‌آوری‌های شیشه PV هم افزایی منحصر به فردی را برای ساختمان‌های با انرژی صفر و اهداف خنثی کربن ارائه می‌دهند. شیشه PV به عنوان یک مصالح ساختمانی و منبع انرژی تجدید پذیر، نوید معماری درخشانی دارد.
منابع:
1.Peng, J. et al. (2013). پانل های خورشیدی کروموژنیک طیفی برای ساختمان ها. انرژی های تجدیدپذیر، 60، 642-650.
- توماس، سی و همکاران. (2014). مروری بر فن آوری های شیشه PV. بررسی های انرژی های تجدیدپذیر و پایدار، 33، 133-143.
- لی، ایکس و همکاران. (2018). مروری بر فناوری های فتوولتائیک خورشیدی شفاف. انرژی خورشیدی، 164، 779-791.
- Llordés، A. et al. (2012). ذرات اکسید فلز در مقیاس نانو برای بهبود کارایی کلکتورهای خورشیدی. انرژی خورشیدی، 86(5)، 1373-1382.
- لی، ال و همکاران. (2015). تجزیه و تحلیل نوری و عملکرد حرارتی نورگیر با استفاده از شیشه فتوولتائیک شفاف نوری. انرژی و ساختمان، 108، 121-129.
- آکادمی علوم کالیفرنیا. (2021). بررسی اجمالی پروژه [آنلاین] calacademy.org.
