سلول های خورشیدی به عنوان بخشی از نمای خانه های آینده

14 نوامبر 2022 -توسط ماریان وانگ راید، دانشگاه فنی دانمارک

مارکوس بابین (سمت چپ) و سونه تورشتاینسون در مقابل یک مرکز آزمایش پنل خورشیدی در پردیس DTU Risø. اعتبار: توماس استین سورنسن

پنل های خورشیدی با رنگ های مختلف می توانند در نمای ساختمان ها ادغام شوند و از نظر زیبایی به بخشی هیجان انگیز از معماری تبدیل شوند. دانشگاه فنی دانمارک (DTU) با پیمانکار نما HSHansen برای مستندسازی اثر عناصر فتوولتائیک رنگ‌های مختلف همکاری می‌کند.

اکثر مردم احتمالاً پنل های خورشیدی را به عنوان صفحات شیشه ای مشکی براق می شناسند که در بالای سقف قرار گرفته اند. کارآمد، اما شاید زیباترین راه حل زمانی که خانه باید با انرژی پایدار تامین شود. و این لازم است. از سال 2020، طبق یک دستورالعمل اتحادیه اروپا، برای تمام ساختمان های جدید باید اطمینان حاصل شود که انتشار کربن در آنها تقریباً صفر است و انرژی مصرفی آنها باید از منابع تجدیدپذیر واقع در نزدیکی یا در خود خانه تأمین شود.

در اینجا، سلول های خورشیدی یک راه حل واضح هستند زیرا بازده انرژی بالایی دارند و همچنین قیمت مناسبی دارند. قیمت تقریباً کاهش یافته است. 90 درصد در 10 سال گذشته. بنابراین، کار با ظاهر و محل پانل ها نیز منطقی است. برای مثال، دادن رنگ‌های مختلف به آن‌ها سودمند است، حتی اگر کارایی را به درجات مختلف کاهش دهد، و – از نظر مکان – استفاده از هر چه بیشتر سطوح برای تولید انرژی تجدیدپذیر مورد نیاز مهم است.

همه اینها اکنون در پروژه UnitSun که در آن محققان DTU همراه با شرکت مشاوره MG Solar و پیمانکار نما HSHansen در آن مشارکت دارند، بیشتر مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

بیان قابل مشاهده این پروژه یک خانه کوچک است که در زمین در انتهای شمالی پردیس DTU Risø برپا شده است. دیوارهای اصلی خانه به سمت جنوب، شرق و غرب برداشته شده و با عناصر نما با پنل های خورشیدی در رنگ های مختلف جایگزین شده است. و در داخل، مملو از سیم و تجهیزات اندازه‌گیری است که – در طول سال آینده – مبنای داده‌های محکمی برای ارزیابی میزان انرژی که می‌توانید از پانل‌ها بسته به رنگ و مکان دریافت کنید، فراهم می‌کند.

مدیر پروژه Sune Thorsteinsson که همراه با مشاور ویژه Peter Behrensdorff Poulsen و دانشجو مارکوس بابین روی این پرونده کار می کند، می گوید: “چگونه می توانید به بهترین مصالحه بین زیبایی شناسی، تولید برق و قیمت دست یابید؟ این وظیفه ای است که ما در تلاشیم برای HSHansen حل کنیم.”

ما باید تخمین قابل اعتمادی از اینکه عناصر نما با سلول های خورشیدی برای انرژی خانه چه معنایی دارند ارائه دهیم، به طوری که انتخاب آنها مانند هر مصالح نما آسان شود.

رنگ های گرم کمترین انرژی را تولید می کنند

دلیل اینکه سلول های خورشیدی معمولاً سیاه هستند این است که رنگ سیاه تمام نور را جذب می کند و بنابراین بیشترین مقدار ممکن انرژی فوتون را برای سلول فراهم می کند که می تواند به الکتریسیته تبدیل شود. هنگامی که سلول های خورشیدی رنگی می شوند، ممکن است باعث کاهش کارایی سلول ها شود و پیش بینی افت بازده بدون اندازه گیری های دقیق دشوار است. راه حل های فنی مختلفی برای رنگ آمیزی سلول های خورشیدی وجود دارد که برخی کارآمدتر از بقیه هستند. به طور معمول، موثرترین راه حل ها بسته به زاویه ای که از آن به آنها نگاه می کنید، تمایل به تغییر سایه رنگ دارند.

در خانه، ضلع جنوبی با سلول های سیاه معمولی پوشیده شده است. در اینجا، آزمایش هایی با فاصله سلول های خورشیدی تا عایق انجام می شود. در غرب، یک عنصر فتوولتائیک سفید وجود دارد که نشان داده شده است که حدود 50٪ انرژی را نسبت به عنصر سیاه از دست می دهد. همچنین پانل های رنگی مختلفی وجود دارد – از جمله یکی به رنگ قرمز آجری – که ممکن است برای پروژه های ساختمانی در مناطق خاص مورد نیاز باشد. آنها 20-30٪ انرژی از دست می دهند، در حالی که قرمز عمیق تر به این معنی است که سلول ها 40٪ انرژی کمتری تولید می کنند. اما اگرچه پنل‌های خورشیدی رنگی کارایی کمتری دارند، انتظار می‌رود که تولید انرژی بتواند هزینه‌های اضافی را جبران کند، به ویژه به این دلیل که کل عنصر نما جایگزین یک عنصر معمولی می‌شود و حتی درآمد ایجاد می‌کند.

پنل های خورشیدی تولید شده در محل

DTU مدت‌هاست که با سلول‌های خورشیدی کار می‌کند، در سال‌های اخیر نیز سلول‌هایی که بر اساس روشی که توسط شرکت دانمارکی انرژی خورشیدی (Danish Solar Energy Ltd.) در پشت یک فیلم رنگی شفاف قرار می‌گیرند قرار می‌گیرند. و در سال 2019، امکان توسعه راه‌حل‌های فتوولتائیک جدید با افتتاح آزمایشگاهی که در آن محققان می توانند ماژول های خورشیدی را در هر نوع و اندازه بسازند و آزمایش کنند.

بنابراین، خانه آزمایشی با عناصر مختلف سلول های خورشیدی در تمام طول مسیر، جالب است. و داده های تولید شده در خود خانه با داده های یک سیستم اندازه گیری پیشرفته ساخته شده تکمیل می شود. دانشجو مارکوس بابین در اینجا – با استفاده از یک منبع نور لیزر میگوید  – می‌توانید سلول‌های خورشیدی را در همه زوایا آزمایش کنید و ارقامی در مورد اهمیت رنگ‌ها در اثر و میزان تابش خیره‌کننده به دست آورید، که یک اثر جانبی بسیار آزاردهنده شناخته شده راه‌حل‌های فتوولتائیک معمولی است.

علاوه بر رنگ‌ها، آزمایش‌هایی نیز با بافت‌های مختلف – مانند شیشه‌های سندبلاست شده – و سطوحی که نوارهای نقره‌ای رنگی که جریان را از خود عبور می‌دهند پوشانده شده‌اند، انجام می‌شود.

HSHansen امیدوار است بتواند زودتر ماژول های سلول خورشیدی داخلی را در عناصر نمای پیش ساخته خود ارائه دهد، به طوری که معماران و مشتریان بتوانند هم به سود انرژی دست یابند و هم عنصر زیبایی شناختی جدیدی برای بازی داشته باشند.

با کمک DTU، ما انتظار داریم کاتالوگی از امکانات، اثر و هزینه آنها ایجاد کنیم. عناصر نمای ما اغلب با سطوح شیشه ای مات طراحی شده اند که می تواند جلوه های بصری خاصی ایجاد کند. و در اینجا، برای مثال، پرنیل براندستروپ کیار، رئیس بخش HSHansen می‌گوید: به جای قرار دادن یک پنجره سلول خورشیدی که حتی می‌تواند انرژی تولید کند، واضح باشد.

با پروژه UnitSun، هدف ما این است که پنل های خورشیدی به مکمل استانداردی برای عناصر نمای ما تبدیل شوند که معماران آن را دوست خواهند داشت.