Черни фотоволтаици

Мода или предимство?

Фотоволтаичните соларни панели могат да бъдат интегрална част от дизайна на сградата – тази идея е залегнала в концепцията за сградноинтегрираните 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 и озарени от слънцето, стърчейки като несръчно прикрепен придатък към сградата. Е, днес можем да инсталираме черни соларни панели – много по-елегантни и по-еднородни на вид.

Текст: списание Строители 

Едно необичайно проучване на асоциацията на дизайнерите 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-прос тият 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 нивотона 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. улуци и др.

Ефективност, а не мода

Монокристалната PV технология вече доми- нира на пазара. През 2017г. монокристалните PV (черните панели) съставляваха около 25% от пазара на силициеви модули за добив на слънчева енергия. Към 2020г. 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 фотоволтаич ни могат да бъдат и стените на сградите. Забележителен начин да се постигне това са панелите от медно-индиево-галиев селе нид (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 техноло гии. Слънчевите панели от CIGS се отлича ват с конкурентни производствени разходи, благодарение на тънкия си дизайн, включващ по-скромни изисквания за материали за про-изводство на слънчеви клетки.

Благодарение на по-лекия и по-тънък дизайн, соларните клетки на база медно-индиево-галиев селенид се отличават с превъзходен естети чен вид. Освен това гъвкавостта им позво лява 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. Техно логията 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 (раз сеяна/индиректна) и при високи температури.

С други думи, слънчевите клетки на база CIGS могат да работят по-добре в лошо време, при северно изложе ние, както и в реги они с горещ климат, без това да намалява загубите – напротив. Предимство на технологията е и лесното рециклира не. Съдържанието на соларните клетки от CIGS може да се рецик лира до голяма степен, като се възстановя ват 100% от сребро то и 85% от индия, използвани за първо началното производ ство на клетките. Дали имат недос татъци? Разбира се, че имат. Най-напред, не са особено подходя щи 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 частот 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 разгражда нето 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 монокрис тални 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. При мер за подобен облик има и у нас – фотовол таична „обвивка“ захранва административна сграда на рибовъдна ферма край Пазарджик. Наречена от своите създатели „Черната пер ла“, системата от соларен покрив и соларна фасада покрива изцяло дневните потребно сти от електроенергия на стопанството.

Хомогенният вид на подобна сградна обвив ка приковава погледите. Същевременно сград ната обвивка не се „страхува“ от високите температури, характерни за региона през летния сезон. Двата компонента на инста лацията – покривната система от монокрис тални 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 елек тричество покрива дейността на фермата, а едно рибовъдно стопанство се нуждае от значително количество електричество за своя та дейност: аератори те за водните басейни, циркулационните водни помпи и съпътстваща та ги техника. Подобен опит може да бъде приложен за много сгради, особено ако фотоволтаични те компоненти бъдат предвидени още на ниво проектиране. Възможно е в хубави, слънчеви дни дори да се произвежда излишък, който да се подава към електропре носната мрежа или да се съхранява в батерия за използване по-късно.

Да не загърбваме поликристалните панели

Съвременната моно кристална технология вече доминира на паза ра, като средно черни те панели съставляват едва 85% от продажби  те. Докато монокристалните панели имат по-висока ефективност, поликристалните панели все пак имат своята стойност и може да са за предпочитане в зависимост от кон кретната ситуация. Тъй като цената им е по-ниска, може да е рентабилно да си инста лирате „сини“ панели на покрива – особено ако имотът разполага с достатъчно прос транство, което да е целодневно огрявано от слънцето. Особеностите на климата също имат значение тук.

Поликристалните слънчеви панели имат по-висок температурен коефициент, което означава, че губят повече производителност, когато се нагреят – но за обитателите на райони с по-хладен климат това е отлично решение. Затова, въпреки, че черните фотоволтаични панели предлагат съвременен и естетически привлекателен начин за генериране на чиста енергия, допри насяйки за по-устойчиво бъдеще и модерна визия на сградите, поликристалните панели продължават да имат своето място, осо бено в райони с по-хладен климат или при по-ограничен бюджет. Техният по-нисък ценови диапазон ги прави подходящи за инсталации, където има достатъчно пространство и целодневна слънчева светлина