Черни фотоволтаични панели

Мода или реално предимство?

Фотоволтаичните соларни панели могат да бъдат интегрална част от дизайна на сградата – тази идея е залегнала в концепцията за сградно-интегрираните PV. Следвайки стремежа към елегантен и изящен дизайн, в последните години популярни станаха изцяло черните фотоволтаични модули. Днес те доминират на пазара. Освен красив дизайн, те осигуряват и по-добра производителност.

Споменаването на думата фотоволтаика извиква в съзнанието картини на редици от синкави правоъгълници със сребристи кантове, „разграфени“ на малки правоъгълници, наредени един до друг в поле и озарени от слънцето – или пък гордо възправени върху някой керемиден покрив, стърчейки като несръчно прикрепен придатък над пастелния червеникав цвят. 

Текст: списание Енергия

Едно необичайно проучване от 2022 г. разкри, че светът, в който живеем, все повече губи своите цветове. Изследването бе дело на Асоциацията на дизайнерите. То установи, че всички неща, които човекът създава - автомобили, мебели и настилки, рекламни табели и лога на търговски марки - съдържат все по-малко цветове. За сметка на това доминират т. нар. ахроматични краски: бяло, сиво и черно. Светът става все по-ахроматичен, заключиха дизайнерите. Един пример: 75% от колите, които се произвеждат днес, са в някой от цветовете черно, сиво, сребристо, бяло.

Пак според същото изследване, големите цветни табели на ресторанти и търговски вериги постепенно, десетилетие след десетилетие, се „обезцветяват“, като ярките краски отстъпват на пастелни такива, а после преминават към черно-бялата гама.
На фона на подобни предпочитания не е чудно, че и архитектурата отбягва цветовете и се стреми към ахроматичния дизайн. Черните фотоволтаични панели отлично отговарят на това търсене на фона на нарастващия интерес към сградно-интегрираните възобновяеми енергийни източници.

От друга страна едно от най-големите притеснения на собствениците на жилища, преди да монтират соларни панели, е как ще изглежда сградата с новата инсталация. Дали соларният масив ще обезцени дома им заради грозноват външен вид? Ще намалее ли привлекателността сред купувачите? Естетиката безспорно е фактор на имотния пазар.

Черни силициеви панели

Класическите слънчеви панели, които най-често се монтират на покривите, са с блестящ син цвят. Така е, защото са направени от т. нар. поликристален силиций - много кристали, разтопени в смес.

Черните слънчеви панели, които стават модерни в ново време, са монокристални и са стандартни за повечето инсталации днес. Изработени са от единични силициеви кристали. Те имат малко по-голяма ефективност и - според мнозина - много по-привлекателен външен вид.

Като цяло монокристалните слънчеви панели са по-ефективни от поликристалните слънчеви панели. Така е, защото монокристалните панели са изрязани от единичен кристал силиций. Това улеснява движението на най-голямо количество електричество в целия панел. Например, ако при равни други условия поликристалните силициеви панели достигат 20%, то монокристалните слънчеви панели могат да достигнат ефективност от над 23%.

Освен покривни панели, тази технология позволява изграждането на цялостни фотоволтаични покриви и соларни керемиди. Те се съчетават добре с модерни покриви и всякакви фасади.

На фона на всички ползи изниква въпрос: дали все пак черните модули нямат и слабости? Какви са недостатъците на черните слънчеви панели?

Слънчевите панели са по-ефективни при по-ниски температури. Затова е важно черната силициева фотоволтаична система да се проектира така, че да има много добро охлаждане. За да бъдат панелите напълно черни, вместо обичайната сребриста рамка и бял гръб се използват тъмни рамка и подложка. Черното обаче абсорбира повече слънчева топлина. Това затопля панелите и ги прави малко по-малко ефективни, отколкото биха могли да са иначе.

Намалението на ефективността обаче се компенсира от „вродената“ по-добра ефективност на самата монокристална технология. Така в крайна сметка излиза, че черните панели са сравними с „традиционните“ сини поликристални панели и дори имат възможност за постигане на по-добра производителност.

От друга страна монокристалните клетки са по-скъпи от поликристалните. Следователно черните PV панели са по-скъпи от стандартните тъмносини аналози. Но ако човек иска да увеличи максимално добива от наличната ослънчена област, тази по-висока първоначална инвестиция ще бъде изплатена в рамките на жизнения цикъл на PV системата.

От гледна точка на продължителността на живот типът силициева клетка, която изгражда слънчевите панели, обикновено не оказва влияние върху дълготрайността на фотоволтаичните модули. Както монокристалните, така и поликристалните панели са годни да произвеждат електроенергия ефективно за 25 или повече години - и горе-долу толкова е гаранцията, осигурявана от повечето производители.

Черно, по-черно, най-черно

Има няколко начина, по които производителите правят монокристалните панели да изглеждат по-тъмни или почти изцяло черни. Черната рамка вече е класика. Най-простият начин панелите да изглеждат като голяма черна плоскост е рамките им да са по-малко забележими - следователно черни, вместо блестящо сребристи. Ако обаче подложката е бяла, все още ще се виждат светли ивици между клетките.

Някои производители прибягват до комбинация от черна подложка и черна рамка: сменим ли бялата подложка с черна под соларните клетки, ще получим панел, който изглежда почти напълно черен, гледан от разстояние. Отблизо все още може да се забележат проводниците на шините над клетките - ала е малко вероятно това да може да се съзре от нивото на земята. Черната подложка обаче загрява панела допълнително и намалява производителността му. Затова подобни решения се нуждаят от специално внимание за охлаждането.

Вече има и модели без видими проводници на повърхността: това е детайлът, с който новите фотоволтаици наистина стават различни. Някои фирми вече произвеждат монокристалните панели по технология, която „взема“ проводниците, които обикновено покриват повърхността на панела, и ги заменя със задни контакти, скрити отдолу. Резултатът: гладки черни клетки, хомогенен изглед, забележителна естетика.

Изцяло соларен покрив?

При нови сгради и при генерални ремонти на покриви е възможно да се постигне перфектната естетика на фотоволтаичния покрив - черно от край до край, от ръб до ръб. За да се постигне това, наред с PV плоскостите се използват изцяло черни елементи около покривния фотоволтаичен масив, напр. олуци и др.

Ефективност, а не мода

Монокристалната PV технология вече доминира на пазара. През 2017 г. монокристалните PV (черните панели) съставляваха около 25% от пазара на силициеви модули за добив на слънчева енергия. Към 2020 г. този дял вече достигна около 85%. Подобно развитие не е изхвърлило от пазара сините поликристални панели.

Бързата промяна не е необичайна в соларната индустрия. Ако дадена технология подобрява производителността, тя може бързо да бъде възприета от производителите и да стане масова. Черните монокристални панели се оказаха много по-привлекателни за купувачите поради превъзходната естетика и производителност, особено след като цените спаднаха и наличността стана по-добра. Но основната причина за интереса към монокристалните панели е тяхната ефективност.
Тъй като слънчевите панели издържат много, много години, ще продължим да виждаме по-старите сини поликристални панели по покривите още дълго време. Но те все повече ще бъдат превъзхождани и заменяни от своите по-привлекателни черни колеги.

CIGS черни панели

Освен покривите, черни и фотоволтаични могат да бъдат и стените на сградите. Забележителен начин да се постигне това са панелите от медно-индиево-галиев селенид (CIGS).

Ефективността на преобразуване при соларните клетки CIGS е около 10-19%, като най-високата, постигната досега, надвишава 23%. Подобно ниво е близо до максимума на популярните кристалносилициеви технологии. Слънчевите панели от CIGS се отличават с конкурентни производствени разходи, благодарение на тънкия си дизайн, включващ по-скромни изисквания за материали за производство на слънчеви клетки.

Благодарение на по-лекия и по-тънък дизайн, соларните клетки на база медно-индиево-галиев селенид се отличават с превъзходен естетичен вид. Освен това гъвкавостта им позволява да се адаптират към сгради със странна форма. Това ги прави идеални за подобряване на естетиката.

Със своето ниско тегло слънчевите CIGS клетките могат да бъдат инсталирани на покриви с ограничена товароносимост. Технология може също така да бъде произвеждана в опции за гъвкави слънчеви панели за сградни елементи с необичайни форми.

Като цяло се счита, че CIGS са с по-добра производителност при дифузна светлина (разсеяна/индиректна) и при високи температури. С други думи, слънчевите клетки на база CIGS могат да работят по-добре в лошо време, при северно изложение, както и в региони с горещ климат, без това да намалява загубите - напротив.

Предимство на технологията е и лесното рециклиране. Съдържанието на соларните клетки от CIGS може да се рециклира до голяма степен, като се възстановяват 100% от среброто и 85% от индия, използвани за първоначалното производство на клетките.

Дали имат недостатъци? Разбира се, че имат. Най-напред, не са особено подходящи за директна слънчева светлина. Освен това се нуждаят от редки метали. Тънкослойните соларни панели CIGS изискват индий, който се счита за рядък метал. Но след като по-голямата част от индия в тънкослойните слънчеви панели CIGS може да бъде рециклиран от стари модули, вторият проблем е до голяма степен решим.

Бързата деградация на слънчевите клетки при определени климатични условия също е предизвикателство. Тънкослойните слънчеви модули от CIGS могат да бъдат засегнати от водни пари, които причиняват миграция на натрия в клетката и увеличават разграждането на слънчевите клетки. За да се избегне това, не се препоръчва използването на този тип фотоволтаична технология в райони с висока влажност и интензивна слънчева светлина.

Черни PV сгради

С комбинация от изцяло черни монокристални фотоволтаични панели на покрива и CIGS модули по външните стени една сграда може да добие стилен вид, с единен и цялостен дизайн, а дори и да изглежда изцяло черна. Пример за подобен облик има и у нас - фотоволтаична „обвивка“ захранва административна сграда на рибовъдна ферма край Пазарджик. Наречена от своите създатели „Черната перла“, системата от соларен покрив и соларна фасада покрива изцяло дневните потребности от електроенергия на стопанството.

Хомогенният вид на подобна сградна обвивка приковава погледите. Същевременно сградната обвивка не се „страхува“ от високите температури, характерни за региона през летния сезон. Двата компонента на инсталацията - покривната система от монокристални силициеви панели и CIGS панелите по фасадата - взаимно се допълват, улавяйки и пряката, и разсеяната слънчева светлина, генерирайки електричество и в слънчево, и в облачно време. За постигнатия ефект може да се съди по това, че произведеното електричество покрива дейността на фермата, а едно рибовъдно стопанство се нуждае от значително количество електричество за своята дейност: аераторите за водните басейни, циркулационните водни помпи и съпътстващата ги техника.

Подобен опит може да бъде приложен за много сгради, особено ако фотоволтаичните компоненти бъдат предвидени още на ниво проектиране. Възможно е в хубави, слънчеви дни дори да се произвежда излишък, който да се подава към електропреносната мрежа или да се съхранява в батерия за използване по-късно.