Naukowcy z Politechniki Śląskiej w Gliwicach opracowali barwnikowe ogniwo słoneczne zintegrowane z dachówką ceramiczną.
„Nasz wynalazek to scalenie dachówki z ogniwem fotowoltaicznym. Czyli pomijamy krok montowania gotowych paneli fotowoltaicznych i w dużej mierze redukujemy obciążenie dachu. Nie ma też ryzyka podwiania elementu czy zerwania całego panelu” – mówi współautorka tego projektu dr inż. Magdalena Szindler z Wydziału Mechanicznego Technologicznego.
Co w tym nowego
Wszystkie dotychczas znane rozwiązania dotyczące fotowoltaiki zintegrowanej z budownictwem oparte są przede wszystkim w pierwszej kolejności o ogniwa pierwszej i drugiej generacji, czyli ogniwa oparte najczęściej na krzemie. Tych klasycznych ogniw widzimy coraz więcej wokół nas np. na dachach, jednak wytwarzanie ogniw pierwszej generacji jest skomplikowane i kosztowne, a na dodatek mamy duże obciążenie dachu.
Z kolei ogniwa drugiej generacji charakteryzują się już mniejszą masą, prostszym procesem technologicznym, ale znowu są mniej odporne na działanie warunków atmosferycznych.
„Nasze rozwiązania opierają się na ogniwach trzeciej generacji czyli tzw. ogniwach barwnikowych. Różnią się one znacznie zarówno w budowie jak i w zasadzie działania od klasycznych ogniw krzemowych. Przede wszystkim nie ma w nich klasycznego złącza półprzewodnikowego, a ich zasada działania często porównywana jest do zjawiska fotosyntezy w roślinach, tylko że dostajemy w wyniku przemiany energię elektryczną” – wyjaśnia dr inż. Marek Szindler z Wydziału Mechanicznego Technologicznego Politechniki Śląskiej w Gliwicach.
Jak wyjaśnia, barwnikowe ogniwo słoneczne składa się z dwóch płytek szklanych z warstwą transparentnego tlenku przewodzącego. Pierwsza nazywana fotoanodą zawiera półprzewodnik typu n w postaci nanokrystalicznego tlenku metalu z zaadsorbowanym barwnikiem. Barwnik oprócz tego, że pełni bardzo ważną rolę w efekcie fotowoltaicznym to podwyższa również walory estetyczne tych ogniw. Mogą przybierać one różne kolory i być stosowane jako np. częściowo przezroczyste kolorowe witraże lub przyciemniane szyby. Druga płytka szklana zwana przeciwelektrodą zawiera warstwę platyny. Przestrzeń pomiędzy elektrodami wypełnia elektrolit.
Są tańsze i pracują w pochmurne dni
Tego typu ogniwa i panele są już produkowane i stosowane. Jednak rozwiązanie naukowców z Politechniki Gliwickiej polega na zastąpieniu szklanej przeciwelektrody zwykłą ceramiczną dachówką i w ten sposób zintegrowania jej z ogniwem.
„Staje się ona integralną częścią tego ogniwa. Dzięki takiemu zabiegowi obniżamy koszty produkcji, upraszczamy proces technologiczny i zwiększamy bezpieczeństwo znacznie redukując obciążenie dachu. Dodatkową zaletą tego typu ogniw jest to, iż pracują one w świetle rozproszonym i odbitym, więc nawet w pochmurne dni będą pracować z taką sama mocą i nie muszą być ustawione pod specjalnym kątem więc możemy wykorzystać całą powierzchnię dachu” – informuje dr inż. Marek Szindler, współautor projektu, przekonując, iż taka dachówka może stanowić alternatywę dla tradycyjnych pokryć dachowych.
Nagroda na targach wynalazków
Wynalazek ten został nagrodzony podczas Międzynarodowych Targów Wynalazków INTARG2021. Fotowoltaiczne dachówki świetnie wpisują się w tzw. BIPV, czyli technologię w ramach, której elementy fotowoltaiczne tworzą całość z budynkiem i zwykle pełnią więcej niż jedną funkcję. W ten sposób półprzeźroczyste okna mają przepuszczać część światła, a z reszty produkować prąd, wiata garażowa chroni samochód, ale też wytwarza prąd zasilający jego akumulatory, zaś dachy mają kryć domostwo, ale przy okazji wytwarzać energię niezbędną do jego funkcjonowania. Pojawienie się tej nowatorskiej technologii było możliwe dzięki wynalezieniu cienkowarstwowych ogniw znacznie bardziej elastycznych od ogniw polikrystalicznych i monokrystalicznych.
Źródło: Politechnika Śląska
