Снимка: Fraunhofer CSP
Exxosqel и Центърът за силициева фотоволтаика Fraunhofer CSP разработиха съвместно фотоволтаичен модул стъкло-стъкло с дебелина на предното и задното стъкло от едва 1 мм. Реактивно покритие компенсира по-ниската механична якост на ултратънките стъкла.
По-тънките стъкла намаляват разхода на материали, теглото на модула, както и разходите при работа. Те обаче предлагат по-ниска механична устойчивост и по-малка твърдост – проблем, който е особено критичен при градушка и екстремни метеорологични явления, когато предното стъкло трябва да защити разположените под него компоненти на модула.
Fraunhofer CSP и Exxosqel разработиха прототип с размери 300 × 200 mm – приблизително колкото формат A4. Модулът използва утвърдени материали за капсулиране и последователно свързани четвърт-клетки от двулицеви (bifacial) M6 9-busbar PERC клетки. Всяка четвърт-клетка осигурява мощност от около 1,58 W.
В основата на разработката е многокомпонентна реактивна повърхностна обработка, нанесена директно върху стъклото. Тя реагира с хидроксилните групи по повърхността му, характеризираща се с микропукнатини, възникващи по време на охлаждането и горещото формоване. Покритието образува ковалентни връзки със стъклената матрица и укрепва повърхността чрез възникващото свързване на молекулярни мостове. Оптичните му свойства са съобразени със стъклото, за да се минимизират загубите на коефициент на полезно действие.
Производството на прототипа изискваше адаптирани процесни условия. Ръководителят на проекта Ринго Кьопге от Fraunhofer CSP обяснява: „Модулът беше произведен със стандартен PV ламинатор; параметрите на процеса като температура, налягане и конфигурация на оборудването бяха коригирани.“ В този процес Fraunhofer CSP внесе своя опит в интеграцията на фотоволтаични модули: избор и свързване на клетките, използване на подходящи капсулиращи материали, както и адаптиране на параметрите на ламиниране спрямо тънкото стъкло. Това позволи покритието да бъде тествано директно в структурата на модула, а не само върху стъклени проби.
Кьопге допълва: „Специфичният процес на покритие не се ограничава само до демо-модула, а може да бъде приложен и при стандартни соларни модули.“
Якостта нараства значително при лабораторни изпитвания
При лабораторни изпитвания якостта на 2-милиметровото стъкло се е увеличила от 79 на до 558 MPa. При 1-милиметровото стъкло тя нараства от 184 на до 1348 MPa. Стойностите се отнасят за стъклени проби и все още не са доказателство за експлоатационната устойчивост в реални условия на фотоволтаични модули с големи размери.
Томас К. Зауер, управител на Exxosqel, обобщава: „В сравнение с конвенционалния подход за постигане на якост основно чрез по-големи дебелини на стъклото, този метод разкрива значителен потенциал. Възможното спестяване на тегло достига до 40 процента; потреблението на енергия и емисиите на CO₂ при осигуряването на суровините също биха могли да намалеят.“ Зауер допълва: „Покритието може да се интегрира и в съществуващите процеси за производство или обработка на стъкло.“
Устойчивостта на градушка и модулите с големи размери са следващите стъпки
Дали намерената здравина ще се потвърди и при модули с големи размери под въздействието на градушка, предстои да бъде доказано в последващи тестове. Като следващи стъпки в разработката партньорите планират пренасянето на технологията върху модули с големи размери, както и изпитвания за устойчивост на градушка. Проектният екип вижда перспективи най-вече за олекотени дизайни на модули, печатани предни стъкла и сградно интегрирана фотоволтаика.