Saulės baterijų ir atsinaujinančios energijos gamyboje naudojamo stiklo rūšys
Atsinaujinančiosios energijos plėtra ir toliau spartėja, nes pasaulis siekia sumažinti anglies dioksido išmetimą ir priklausomybę nuo iškastinio kuro. Viena sparčiausiai augančių technologijų yra saulės baterijos (fotovoltinės / FV), nes jos gali tiesiogiai paversti saulės šviesą elektra. Už, atrodytų, paprasto saulės baterijų veikimo – stačiakampių lakštų, montuojamų ant stogų ar atvirų erdvių, – slypi labai svarbi, dažnai nepastebima medžiaga: stiklas.
Stiklas yra ne tik saulės baterijų „dangalas“. Tai apsauginis ir optinis komponentas, kuris lemia, kiek šviesos pasiekia saulės elementus, kiek plokštės atsparios ekstremalioms oro sąlygoms ir kiek laiko moduliai gali stabiliai veikti. Šiame straipsnyje aptariami saulės baterijų gamyboje dažniausiai naudojami stiklo tipai ir jų svarba atsinaujinančios energijos plėtrai.
Kodėl stiklas yra svarbus saulės baterijose?
Saulės baterijos daugiausia veikiamos aplinkos 20–30 metų. Todėl paviršiaus danga turi atitikti kelis pagrindinius reikalavimus:
1. Didelis šviesos pralaidumas: stiklas turi praleisti kuo daugiau šviesos į saulės elementus, ypač spektriniame diapazone, kuris yra efektyvus elektros energijos gamybai.
2. Mechaninis stiprumas: atsparus stipriems vėjams, smarkiam lietui, sniego apkrovoms (kai kuriose šalyse) ir tokiems smūgiams kaip kruša.
3. Atsparumas oro sąlygoms ir cheminėms medžiagoms: atsparus drėgmei, druskai (pakrantės zonose), taršai, temperatūros pokyčiams ir UV spinduliuotei.
4. Ilgalaikis stabilumas: lengvai nepagelsta, neatsiranda mikroįtrūkimų ir nesumažėja optinės savybės.
5. Saugumas ir patikimumas: jei stiklas sudužtų, užtikrinama, kad jis nesudaužys pavojingų aštrių skeveldrų ir visiškai nesugadins modulio.
Dėl šių funkcijų stiklo pasirinkimas ir kokybė yra veiksniai, darantys įtaką PV generatorių efektyvumui, tarnavimo laikui ir priežiūros sąnaudoms.
1. Grūdintas stiklas (grūdintas stiklas)
Dažniausiai saulės baterijoms naudojamas stiklo tipas yra grūdintas stiklas. Šis stiklo tipas gaminamas kaitinant stiklą iki aukštos temperatūros ir po to greitai jį atvėsinant, taip sukuriant vidinius įtempius, kurie padidina jo stiprumą.
Grūdinto stiklo privalumai:
– Tvirtesnis už įprastą stiklą (paprastai kelis kartus tvirtesnis).
– Saugesnis: dūždamas grūdintas stiklas linkęs sudužti į mažus gabalėlius, todėl sumažėja sužalojimo rizika.
– Atlaiko temperatūros pokyčius: tinka plokštėms, kurios dieną patiria karštį, o naktį šaltį.
Įprastuose PV moduliuose grūdintas stiklas paprastai naudojamas kaip priekinis sluoksnis saulės elementams apsaugoti ir kaip hermetiškas sluoksnis (pvz., EVA). Įprastas standartinis storis daugeliui pritaikymų yra apie 3,2 mm, nors jis gali skirtis priklausomai nuo konstrukcijos.
2. Mažai geležies turintis stiklas (mažai geležies turintis stiklas)
Siekdami pagerinti optines savybes, daugelis gamintojų naudoja mažai geležies turintį stiklą. Įprastame stikle yra šiek tiek geležies, kuri gali suteikti žalsvą atspalvį ir šiek tiek sumažinti šviesos pralaidumą. Mažai geležies turinčiame stikle geležies kiekis yra sumažintas, todėl jis atrodo skaidresnis.
Mažo geležies kiekio stiklo privalumai saulės baterijose:
– Didesnis šviesos pralaidumas, todėl gali tiesiogiai padidinti modulio išėjimo galią.
– Geriau tinka esant prastam apšvietimui (ryte/vakare arba debesuotu oru), nes svarbus kiekvienas praleidžiamos šviesos procentas.
Mažai geležies turintis stiklas dažnai derinamas su grūdinto stiklo procesu. Todėl modulių specifikacijose dažnai matome terminą „mažai geležies turintis grūdintas stiklas“.
3. Antirefleksinis / AR dengtas stiklas
Be geležies kiekio, pagrindinis veiksnys, mažinantis įeinantį šviesą, yra atspindys nuo stiklo paviršiaus. Stiklas su antirefleksine danga (AR danga) skirtas sumažinti atspindžius ir padidinti pralaidumą.
AR stiklo privalumai:
– Sumažina akinimą ir atspindžius.
– Padidinti saulės elementų šviesos absorbciją.
– Optimizuoja skydelio veikimą, ypač kai šviesos kampas nėra statmenas (pavyzdžiui, ryte arba vakare).
AR dangos paprastai yra plonasluoksnės dangos, sukurtos cheminiais arba nusodinimo procesais. Praktiškai AR stiklas dažnai derinamas su mažai geležies turinčiu stiklu, siekiant maksimalaus pralaidumo.
4. Tekstūruotas / prizminis stiklas
Kai kurių saulės baterijų paviršiuose naudojamas tekstūruotas stiklas. Mikrotekstūra gali padėti „sugaudyti“ šviesą ją lenkdama ir išsklaidydama, taip padidindama fotonų patekimo į elementą tikimybę.
Tekstūruoto stiklo privalumai:
– Gali pagerinti optinį našumą esant tam tikriems apšvietimo kampams.
– Padeda sumažinti atspindžius, palyginti su visiškai lygiu paviršiumi.
Tačiau tekstūruotas stiklas turi būti kruopščiai projektuojamas, nes tam tikros tekstūros gali lengviau sulaikyti dulkes ar nešvarumus, o tai galiausiai sumažina pralaidumą, jei nevalomas.
5. Laminuotas stiklas
Laminuotas stiklas susideda iš dviejų ar daugiau stiklo sluoksnių, sujungtų tarpiniu sluoksniu (pvz., PVB ar kita medžiaga). Saulės baterijose „laminavimo“ sąvoka taip pat pasitaiko modulio struktūroje, nes PV elementai yra laminuojami hermetizuojančia medžiaga ir galine plėvele. Tačiau laminuotas stiklas dažniau aptariamas statybiniame stikle arba specializuotose srityse.
Privalumai:
– Jei stiklas sudužtų, jo šukės linkusios prilipti prie tarpinio sluoksnio, todėl jis tampa saugesnis.
– Galima padidinti stiprumą ir atsparumą smūgiams.
Tam tikrose PV taikymo srityse, pavyzdžiui, pastatams permatomose saulės baterijose (BIPV) arba ekstremaliose aplinkose, laminuotas stiklas gali būti tinkamas pasirinkimas, nors jis yra brangesnis ir sunkesnis.
6. Dvigubas stiklas (dvigubas stiklas / stiklas-stiklas modulis)
Šiuolaikiniai FV moduliai taip pat dažnai naudoja „stiklas ant stiklo“ konstrukciją, kai stiklas naudojamas ne tik priekyje, bet ir gale, pakeičiant polimerinę galinę plėvelę. Tai dažnai vadinama dvigubo stiklo moduliu.
Stiklo-stiklo modulių privalumai:
– Geresnis atsparumas drėgmei: stiklas turi mažesnį vandens garų pralaidumą nei daugelis polimerinių galinių lakštų.
– Atsparesnis degradacijai: tinka tam tikroms ląstelių technologijoms, kurios yra jautresnės aplinkai.
– Ilgesnis tarnavimo laikas: dažnai pasirenkamas didelio masto projektams, kuriais siekiama didelio patikimumo.
– Palaiko dvipusius modulius, kurie gali fiksuoti šviesą iš priekio ir atspindėti šviesą iš galo.
Trūkumas yra didesnis svoris ir tvirtesnės rėmo konstrukcijos bei tvirtinimo poreikis.
7. Stiklas specialioms reikmėms: BIPV ir skaidrios plokštės
Atsinaujinančiosios energijos kontekste saulės baterijos vis dažniau integruojamos į pastatus (pastatų integruotos fotovoltinės sistemos / BIPV): fasadus, stogelius, stoglangius ar langus. Šioms reikmėms reikalingas stiklas su papildomomis savybėmis:
– Tam tikras skaidrumas (pusiau skaidrus), kad šviesa vis tiek patektų į pastatą.
– Estetika: kontroliuojama spalva, raštas arba atspindžio laipsnis.
– Pastatų saugos standartai: stiprumas, atsparumas ugniai ir statybos reglamentai.
BIPV dažnai pasirenkamas laminuotas ir grūdintas stiklas, atsižvelgiant į saugos poreikius ir architektūrinį projektą.
Saulės baterijų stiklo pasirinkimą lemiantys veiksniai
Stiklo tipo pasirinkimas yra ne tik tai, „kuris yra geriausias“, bet ir kompromisas tarp našumo, kainos ir lauko sąlygų. Kai kurie lemiami veiksniai:
1. Įrengimo vieta
Pakrančių zonose reikalaujama atsparumo korozijai ir druskos rūko bandymų; krušos paveiktose zonose reikalingas didesnis atsparumas smūgiams.
2. Energijos vartojimo efektyvumo ir produkcijos tikslai
Jei projektu siekiama maksimalaus našumo, patrauklesnės yra mažai geležies turintis stiklas ir AR danga.
3. Modulio tipas (vienfazis arba dvifazis)
Bifacialiniai moduliai paprastai tinka stiklo ant stiklo arba skaidraus galinio stiklo konstrukcijoms.
4. Bendros eksploatavimo išlaidos (TCO)
Kokybiškas stiklas iš pradžių gali būti brangesnis, tačiau ilgainiui sumažina lūžio ir sumažėjusio našumo riziką.
5. Standartai ir sertifikavimas
Saulės baterijos paprastai atitinka konkrečius patikimumo ir saugos standartus. Stiklo kokybė turi atitikti šiuos reikalavimus, įskaitant mechaninį stiprumą ir atsparumą aplinkos poveikiui.
Stiklas ir atsinaujinančios energijos ateitis
Saulės baterijoms skirto stiklo inovacijos toliau tobulėja. Gamintojai ieško lengvesnio, bet tvirtesnio stiklo, efektyvesnių optinių dangų ir savaime išsivalančių paviršių, kad sumažintų energijos nuostolius dėl dulkių. Kai kurie tyrimai taip pat skatina stiklo suderinamumą su naujomis elementų technologijomis, tokiomis kaip perovskitas ar tandeminės technologijos, kurios gali žymiai pagerinti atsinaujinančios energijos vartojimo efektyvumą.
Dideliu mastu nedideli stiklo šviesos pralaidumo patobulinimai gali turėti didelės įtakos tūkstančių plokščių metinei elektros energijos gamybai. Todėl stiklas yra ne tik apsauginis elementas, bet ir pagrindinis komponentas, gerinantis saulės elektrinių našumą ir patikimumą.
Išvada
Saulės baterijų gamyboje naudojamo stiklo tipas – nuo grūdinto, mažai geležies turinčio, neatspindinčio, tekstūruoto, laminuoto iki stiklo ant stiklo dizaino – vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį nustatant modulio efektyvumą, saugumą ir tarnavimo laiką. Atsinaujinančiosios energijos ekosistemoje tinkama stiklo kokybė padeda užtikrinti, kad saulės baterijos veiktų optimaliai dešimtmečius, net ir esant ekstremalioms oro sąlygoms. Nuolat diegiant naujoves medžiagų ir stiklo dengimo technologijų srityje, ateities saulės baterijų našumas tik gerės, spartindamas perėjimą prie švaresnės ir tvaresnės energijos.
