Dzięki nowej powłoce moduły fotowoltaiczne będą lżejsze o 30 proc.

Niemiecka firma opracowała technologię, która umożliwi znaczące obniżenie grubości szkła pokrywającego moduły fotowoltaiczne. Dzięki temu waga modułów zostanie znacząco zredukowana, a to umożliwi instalowanie fotowoltaiki na powierzchniach, gdzie nie mogła ona być do tej pory instalowana. 

Firma EXXOSQEL wraz z instytutami Fraunhofera rozwija technologię, która może umożliwić wykorzystanie znacznie cieńszego szkła w modułach fotowoltaicznych. Specjalna powłoka wzmacnia powierzchnię szkła poprzez oddziaływanie na znajdujące się w niej mikropęknięcia. Według twórców rozwiązania masa szkła mogłaby dzięki temu spaść nawet o 40 proc., a całego modułu PV – o około 30 proc. w zależności od jego konstrukcji.

Szkło odpowiada za większość masy modułu

Zgodnie z informacjami podawanymi przez instytut Fraunhofera, szkło stanowi obecnie około 70-80 proc. całkowitej masy modułu fotowoltaicznego. Typowe konstrukcje ważą około 11–13 kg/m2, natomiast w przypadku bardziej wytrzymałych modułów wartość ta może dochodzić do około 16 kg/m2. Zmniejszenie grubości szkła oznaczałoby więc nie tylko lżejszy moduł, lecz również mniejsze zużycie materiału i energii podczas produkcji oraz niższe obciążenia podczas transportu i montażu.

REKLAMA

REKLAMA

Problemem pozostaje jednak wytrzymałość. Stosowane powszechnie hartowanie termiczne dobrze sprawdza się przy grubszych taflach, ale jego skuteczność spada wraz ze zmniejszaniem grubości szkła. W PV często stosuje się szkło o nominalnej grubości około 3,2 mm, natomiast zejście do 2 mm i poniżej jest przy klasycznym hartowaniu znacznie trudniejsze.

Powłoka, która oddziałuje na mikropęknięcia

Rozwiązanie rozwijane przez EXXERGY i EXXOSQEL podchodzi do problemu inaczej. Nowa powłoka może odchudzić moduły PV o 30 proc.. Fraunhofer testuje szkło o grubości zaledwie 1 mm.

Wieloskładnikowa powłoka reaguje z powierzchnią szkła i tworzy w obrębie mikropęknięć wiązania kowalencyjne, czyli silne połączenia chemiczne powstające dzięki współdzieleniu elektronów między atomami. W praktyce tworzą one swoiste „mosty” w strukturze mikropęknięć, utrudniając ich dalsze rozchodzenie się i zwiększając zapotrzebowanie na ilość energii potrzebnej do zniszczenia tafli.

W październikowym komunikacie Fraunhofer ISC podano, że w testach laboratoryjnych wytrzymałość próbek szkła o grubości 2 mm wzrosła nawet czterokrotnie, a szkła 1 mm tj. nawet siedmiokrotnie względem niehartowanych próbek referencyjnych. Nie oznacza to jednak, że technologia została już potwierdzona w pełnowymiarowych modułach pracujących w warunkach eksploatacyjnych. Wyniki dotyczą przede wszystkim próbek szkła, a trwałość większych modułów oraz ich odporność na rzeczywiste obciążenia nadal wymagają dalszych testów.

Powstał już moduł ze szkłem 1 mm

EXXOSQEL wspólnie z Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics (CSP) zbudował już demonstracyjny moduł glass-glass, w którym zarówno przednia, jak i tylna tafla mają zaledwie 1 mm grubości. Prototyp ma format 300 x 200 mm, czyli rozmiar zbliżony do kartki A4. Do jego produkcji wykorzystano standardowy laminator PV, dostosowując temperaturę, ciśnienie i konfigurację procesu. Według Fraunhofera właściwości optyczne powłoki dobrano tak, aby jej zastosowanie powodowało jedynie minimalne straty transmisji światła.

REKLAMA

REKLAMA

REKLAMA

Następny krok: pełnowymiarowy moduł i test gradu

Technologia zmierza obecnie w kierunku poziomu TRL 6 na skali Technology Readiness Level. Według EXXOSQEL powstały już pierwsze prototypy, a obecnie prowadzone są testy obciążeniowe. Kolejnym celem jest TRL 7, czyli dalsza walidacja rozwiązania w warunkach operacyjnych.

Kluczowe będą przede wszystkim testy odporności na grad i inne obciążenia mechaniczne oraz przejście do większych formatów i pełnowymiarowych modułów.

Fraunhofer ISC pracuje również nad skalowaniem syntezy materiału oraz automatyzacją nanoszenia powłoki tak, aby proces można było w przyszłości zintegrować z istniejącymi liniami produkcyjnymi.

Jeżeli technologia sprawdzi się w pełnowymiarowych modułach, jej znaczenie może wykraczać poza samą redukcję zużycia szkła. Niższa masa oznacza mniejsze wymagania wobec konstrukcji wsporczych, łatwiejszy transport i montaż, a także możliwość wykorzystania PV w miejscach, gdzie cięższe moduły stanowią ograniczenia. Szczególnie interesującym kierunkiem może być fotowoltaika zintegrowana z budynkami, gdzie masa i forma modułu mają duże znaczenie już na etapie projektowania elewacji czy dachów.