Francuski instytut energii słonecznej INES opracował nowe moduły fotowoltaiczne z tworzyw termoplastycznych i włókien naturalnych pochodzących z Europy, takich jak len i bazalt. Naukowcy dążą do zmniejszenia śladu środowiskowego i masy paneli słonecznych, jednocześnie usprawniając recykling.
Panel ze szkła pochodzącego z recyklingu z przodu i lniany kompozyt z tyłu
Zdjęcie: GD
Z magazynu pv France
Naukowcy z francuskiego Narodowego Instytutu Energii Słonecznej (INES) – oddziału francuskiej Komisji ds. Energii Alternatywnej i Energii Atomowej (CEA) – opracowują moduły słoneczne, których przód i tył wykorzystują nowe biomateriały.
„Ponieważ ślad węglowy i analiza cyklu życia stały się obecnie podstawowymi kryteriami przy wyborze paneli fotowoltaicznych, w ciągu najbliższych kilku lat pozyskiwanie materiałów stanie się kluczowym elementem w Europie” – powiedział Anis Fouini, dyrektor CEA-INES w wywiadzie dla magazynu pv France.
Aude Derrier, koordynatorka projektu badawczego, powiedziała, że jej koledzy przyjrzeli się różnym, już istniejącym materiałom, aby znaleźć taki, który umożliwiłby producentom modułów produkcję paneli poprawiających wydajność, trwałość i koszty, jednocześnie zmniejszając wpływ na środowisko. Pierwszy demonstrator składa się z heterozłączowych ogniw słonecznych (HTJ) zintegrowanych z materiałem całkowicie kompozytowym.
„Przednia strona jest wykonana z polimeru wypełnionego włóknem szklanym, co zapewnia przezroczystość” – powiedział Derrier. „Tylna strona wykonana jest z kompozytu na bazie tworzyw termoplastycznych, w którym zintegrowano splot dwóch włókien, lnu i bazaltu, co zapewni wytrzymałość mechaniczną, ale także lepszą odporność na wilgoć”.
Len pochodzi z północnej Francji, gdzie występuje już cały ekosystem przemysłowy. Bazalt pochodzi z innych części Europy i jest tkany przez partnera przemysłowego INES. Zmniejszyło to ślad węglowy o 75 gramów CO2 na wat w porównaniu z modułem referencyjnym o tej samej mocy. Zoptymalizowano także wagę, która wynosi niecałe 5 kilogramów na metr kwadratowy.
„Ten moduł jest przeznaczony do integracji instalacji fotowoltaicznej na dachu i budynku” – powiedział Derrier. „Zaletą jest to, że ma naturalnie czarny kolor i nie wymaga stosowania podkładki. Jeśli chodzi o recykling, dzięki tworzywom termoplastycznym, które można przetapiać, separacja warstw jest również prostsza technicznie.”
Moduł można wykonać bez dostosowywania istniejących procesów. Derrier powiedział, że pomysł polega na przekazaniu technologii producentom bez dodatkowych inwestycji.
„Jedynym wymogiem jest posiadanie zamrażarek do przechowywania materiału, a nie rozpoczynania procesu sieciowania żywicy, ale obecnie większość producentów używa prepregu i jest już do tego wyposażona” – powiedziała.
„Pracowaliśmy nad drugim życiem szkła i opracowaliśmy moduł składający się z ponownie użytego szkła o grubości 2,8 mm pochodzącego ze starego modułu” – powiedział Derrier. „Zastosowaliśmy również termoplastyczną kapsułkę, która nie wymaga sieciowania, a zatem będzie łatwa do recyklingu, oraz termoplastyczny kompozyt z włóknem lnianym zapewniającym odporność”.
Niezawierająca bazaltu tylna strona modułu ma naturalny lniany kolor, który może być interesujący pod względem estetycznym dla architektów, na przykład pod kątem integracji z fasadą. Ponadto narzędzie obliczeniowe INES wykazało 10% redukcję śladu węglowego.
„Teraz konieczne jest zakwestionowanie łańcuchów dostaw fotowoltaiki” – stwierdził Jouini. „Dlatego z pomocą regionu Rodan-Alpy w ramach Międzynarodowego Planu Rozwoju zaczęliśmy szukać graczy spoza sektora energii słonecznej, aby znaleźć nowe tworzywa termoplastyczne i nowe włókna. Pomyśleliśmy także o obecnym procesie laminowania, który jest bardzo energochłonny.”
Pomiędzy fazą zwiększania ciśnienia, prasowania i chłodzenia, laminowanie trwa zwykle od 30 do 35 minut, w temperaturze roboczej od około 150 do 160°C.
„Ale w przypadku modułów, które w coraz większym stopniu wykorzystują materiały zaprojektowane ekologicznie, konieczna jest transformacja tworzyw termoplastycznych w temperaturze około 200–250°C, wiedząc, że technologia HTJ jest wrażliwa na ciepło i nie może przekraczać 200°C”, powiedział Derrier.
Instytut badawczy współpracuje z francuską firmą specjalizującą się w termokompresji indukcyjnej Roctool, aby skrócić czas cykli i tworzyć kształty zgodnie z potrzebami klientów. Wspólnie opracowali moduł z tylną powierzchnią wykonaną z termoplastycznego kompozytu typu polipropylenu, z którym zintegrowano włókna węglowe pochodzące z recyklingu. Przód wykonany jest z tworzywa termoplastycznego i włókna szklanego.
„Proces termokompresji indukcyjnej Roctool umożliwia szybkie podgrzanie dwóch przedniej i tylnej płyty, bez konieczności osiągania temperatury 200°C w rdzeniu ogniw HTJ” – powiedział Derrier.
Firma twierdzi, że inwestycja jest niższa, a czas cyklu w procesie mógłby wynosić zaledwie kilka minut przy mniejszym zużyciu energii. Technologia skierowana jest do producentów kompozytów, aby dać im możliwość wytwarzania części o różnych kształtach i rozmiarach, przy jednoczesnej integracji lżejszych i trwalszych materiałów.
Czas publikacji: 24 czerwca 2022 r