Nowatorskie podejście do modułów VIPV
Zespół naukowców z AGH w Krakowie opracował lekkie bifacjalne moduły fotowoltaiczne zintegrowane z pojazdami (VIPV). Moduły wykorzystują ogniwa z tylnym stykiem oraz warstwy kompozytu wzmacnianego włóknem szklanym (GFRC). Dzięki niskokosztowemu procesowi produkcji planuje się zastosowanie większych wersji modułów w samochodzie solarnym na międzynarodowe zawody.
Wyższa wydajność dzięki bifacjalnej budowie
Moduły AGH posiadają warstwy GFRC zarówno z przodu, jak i z tyłu, co umożliwia odbiór promieniowania słonecznego z obu stron. Jak wyjaśnia lider badań, dr Pradeep Padhamnath, to rozwiązanie pozwala uzyskać wyższą produkcję energii w porównaniu do jednostronnych modułów PV.
Kluczowe wyzwania w projektowaniu
Największym wyzwaniem było zaprojektowanie odpowiedniej warstwy materiałów łączącej przezroczystość optyczną, wytrzymałość i elastyczność. Choć w badaniu uwzględniono pięć stosów materiałów, naukowcy testowali ponad 20 różnych kombinacji na podstawie symulacji.
Charakterystyki optyczne laminatów badano przy użyciu spektrometru UV-VIS, a parametry prądowo-napięciowe testowano w laboratorium PV. Obliczenia pozwoliły określić optymalne adekwatności optyczne, jednak parametry mechaniczne wymagały testów eksperymentalnych. Padhamnath tłumaczy:
Warstwy o najlepszych adekwatnościach optycznych często miały niewystarczającą wytrzymałość mechaniczną.
Proces produkcji i wybór najlepszej kombinacji materiałów
Moduły demonstracyjne wykorzystują ogniwa IBC (interdigitated back-contact), a także różne warianty GFRC dla warstw przedniej i tylnej. Ich masa wahała się od 50g/m² do 150g/m² na froncie oraz od 150g/m² do 450g/m² na tyle. Jako punkt odniesienia zastosowano standardowe szkło PV o grubości 3,2 mm i masie 7200g/m².
Najlepiej wypadła konfiguracja z przednią warstwą GFRC o masie 50g/m² oraz tylną warstwą TW-GRCF o masie 250g/m². Naukowcy podkreślili, iż dalszy rozwój technologii delikatnego oddzielania warstw lub automatyzacja tego procesu mogłaby umożliwić stosowanie jeszcze lżejszych materiałów.
Badania trwałości i wybór najlepszych połączeń
Zespół analizował także materiały na złącza końcowe, porównując aluminium (Al), miedź (Cu) i nikiel (Ni). Testy elektroluminescencyjne oraz pomiary prądowo-napięciowe wykazały, iż stop niklu charakteryzował się najmniejszym poziomem degradacji. W modułach z aluminium pojawiły się mikropęknięcia, których nie stwierdzono w wariantach z miedzią i niklem.
Badania degradacji modułów przeprowadzono w Solar Energy Research Institute of Singapore (SERIS) na Narodowym Uniwersytecie Singapuru (NUS).
Plany na przyszłość: samochód solarny
Następnym krokiem jest stworzenie większych modułów do integracji z pojazdem. Studencka grupa Eko-Energia AGH buduje nadwozie pojazdu w swoim zakładzie na uczelni, uwzględniając bezpośrednią integrację modułów PV z powierzchnią auta już na etapie konstrukcji. Padhamnath podsumowuje:
Mamy gotowy projekt oraz koncepcję integracji modułów z powierzchnią pojazdu podczas jego budowy.
Źródło: Bartlomiej Fligier, Srinath Nalluri, Barnard Moćko, Kazimierz Drabczyk, Grażyna Kulesza-Matlak, Katarzyna Jajaczak, Pradeep Padhamnath, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, [Development of Low-Cost Light Weight C-Si Photovoltaic Modules for Applications in Vipv].
