Высокопроизводительные фотоэлементы для фасадов зданий — исследование

фасадные фотоэлементыТрадиционно считается, что место фотоэлементов в составе солнечных батарей на крыше, ведь именно там на них падает больше всего солнечного света. Но это только половина правды: фотоэлементы имеет смысл устанавливать и на фасадах зданий. С одной стороны, там много неиспользуемого пространства, с другой стороны, вырабатываемая там электроэнергия может стать хорошим дополнением в энергоснабжении здания. Однако пока еще этот вариант практически не используется: солнце обычно светит на фасады под неблагоприятным углом, да и сами фотоэлементы обычно не очень-то и украшают здания.

Обратное попытались доказать ученые из Центра кремниевой солнечной энергетики Фраунгофера CSP в рамках проекта SOLAR.shell. Он нацелен на создание более эффективных фотоэлементов для фасадов. Совместно с архитекторами из Лейпцигского университета прикладных наук HTWK Leipzig они разработали новые фотоэлементы для солнечного фасада. Задача которых исправить существующие проблемы.

«Новые фотоэлементы, встроенные в такой солнечный фасад, производят на 50% больше солнечной электроэнергии, чем солнечные батареи, установленные на фасадах вертикально», — говорит Себастьян Шиндлер, руководитель проекта из CSP Фраунгофера. «Кроме того, такой фасад и с точки зрения оптики представляет собою кое-что новое». Идею и дизайн разработали архитекторы из университета. Какой фотоэлемент под каким углом должен быть наклонен так, чтобы на него падало как можно больше солнечного света? Какого размера должны быть солнечные батареи? Из какого количества фотоэлементов должна состоять солнечная батарея для оптимальной выработки? Все это архитекторы продемонстрировали на опытном образце размером 2 × 3 метра из алюминиевых композитных панелей. Эксперты из института Фраунгофера поддержали их своими ноу-хау, советами и действиями. Фотоэлементы также были произведены в институте Фраунгофера CSP.

Ученые из CSP совместно с HTWK Leipzig и TU Dresden также разработали соответствующие варианты бетонных фасадов. Для фасадов из углеродного бетона консорциум, состоящий из более чем 150 партнеров, работал вместе в рамках проекта «C³ — Carbon Concrete Composite». Необходимую устойчивость такому бетону придают углеродные волокна вместо стальной проволоки.

«В нашем институте мы исследовали, как лучше всего крепить фотоэлементы к таким фасадам из углеродного бетона — как оптимально сочетать новый тип бетона с производством солнечной электроэнергии», — объясняет Шиндлер. Исследователи разработали три различных концепции и процесса для интеграции фотоэлементов в части фасада. При этом фотоэлементы можно отливать непосредственно вместе с бетонными плитами, или ламинировать на бетонные плиты, или наклеивать на них. Фотоэлементы можно также крепить к бетонным плитам с помощью кнопок, винтовых соединений или другими способами. Это позволяет легко снять их для технического обслуживания или ремонта. «Мы смогли показать, что все три варианта крепления технически осуществимы», — резюмирует Шиндлер.

Одной из проблем было обеспечение точности размеров для установки фотоэлементов в процессе производства бетонных деталей. Например, как сделать углубление в бетонной детали, чтобы фотоэлемент идеально вписывался в него и тем самым сохранялась желаемая ориентация на солнце и общий дизайн. Также необходимо было убедиться, что фотоэлементы не будут крепится там, где бетон особенно тонкий или там, где есть углеродные волокна, так как это влияет на несущую способность фасадной детали.

В рамках последующего проекта SOLARcon — также совместно с HTWK Leipzig и TU Dresden и двумя деловыми партнерами, начатого в ноябре 2019 года, специалисты из института Фраунгофера в настоящее время работают над готовыми к продаже решениями для интеграции фотоэлементов в готовые бетонные детали. Как долго выдержат крепления для фотоэлементов? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи подвергают место соединения фотоэлемента и бетона соответствующим долгосрочным испытаниям. Как такое место соединения поведет себя при разных погодных условиях? Что показывают ускоренные тесты на старение? В дополнение к этому экспериментальному подходу на повестке дня — моделирование, точнее, анализ методом конечных элементов. Используя этот метод, специалисты могут рассчитать, например, как бетон и место соединения с фотоэлементом нагреваются при высоких температурах или какие ветровые и прочие нагрузки действуют на фотоэлемент.

Источник: https://www.solarserver.de/2020/03/03/effizientere-photovoltaikelemente-fuer-fassaden/

Контакты

ул. Малая Морская, 108, офис 414, Торговый Центр "КИТ", г.Николаев, Украина
+38 (067) 512 33 83
info@sunnik.com.ua
sunnik
sunnik