Celule solare aplicate direct pe oțelul de construcții

Celulele solare „perovskite” imprimate pe oțel ar putea juca un rol esențial în a produce energie solară mai ieftină și mai accesibilă

Pe măsură ce lumea încearcă să-și reducă dependența de combustibilii fosili, acoperișurile solare ar putea permite clădirilor să genereze, să stocheze și să distribuie propria energie electrică. Acest concept se numește „Active Buildings” și a fost demonstrat cu succes, timp de câțiva ani, de două clădiri din campusul Universității Swansea din Marea Britanie.

Clădirea modulară cu două nivele, cunoscută sub numele de „Y Twyni”, este folosită pentru activitatea didactică și găzduiește Uniunea Studenților. Aceasta este echipată cu un sistem de generare a energiei solare fotovoltaice de 135kW, un sistem de stocare a energiei electrice la scară largă și cinci stații de încărcare a vehiculelor electrice. Un sistem de control gestionează energia generată de panourile solare și o distribuie între sistemul de stocare a energiei, stațiile de reîncărcare a vehiculelor electrice și clădirea adiacentă a Școlii de Management. Un sistem fotovoltaic destinat reîncărcării bateriilor vehiculelor electrice, cu spațiu pentru cinci vehicule, face parte, de asemenea, din sistemul energetic.

„The Pod” a fost primul demonstrator care a combinat toate noile tehnologii investigate într-un sistem unic. Acest lucru a permis prezentarea și testarea conceptului integrat de „generare, stocare, distribuție”, precum și a tehnologiilor individuale. „The Pod” a demonstrat că este posibilă alimentarea cu energie electrică și termică a unei clădiri fără ca aceasta să fie conectată la rețelele publice de utilități, reducându-se atât costurile și timpul de instalare, cât și costurile de funcționare și făcând-o ideală pentru locații izolate, fără posibilitate de conectare la rețelele de utilități existente.

Acum, experții universității din Țara Galilor duc ideea mai departe, lansând o colaborare de cercetare de trei ani cu concernul siderurgic Tata Steel UK. Parteneriatul va dezvolta panouri solare pentru acoperișuri care sunt mai ecologice, mai ușoare, mai ieftine și mai flexibile. Caracteristica cheie? Panourile pot fi imprimate direct pe oțelul folosit la construcția clădirilor.

Panourile folosesc tehnologia celulelor solare Perovskite (PSC). Tehnologia PSC este o alternativă mai ieftină și mai ușoară la panourile solare pe bază de siliciu. PSC-urile sunt fabricate dintr-o clasă de materiale numite perovskiți, care pot fi produse cu ușurință din ingrediente ieftine și ușor disponibile. PSC ar putea juca un rol esențial în a face energia solară mai ieftină și mai accesibilă și ar putea fi, de asemenea, semnificativ mai durabilă. Cantitatea de carbon emisă prin tehnologia PSC este de mai puțin de jumătate față de cea emisă la producerea unei celule de siliciu.

Una dintre caracteristicile cheie ale celulelor solare perovskite este că sunt flexibile și pot fi aplicate direct pe suprafețe, făcându-le ideale pentru utilizarea în materialele de acoperiș sau pentru imprimare. Folosind tehnici precum imprimarea serigrafică, PSC poate fi aplicat direct pe materiale precum oțelul.

Potrivit Departamentului de Energie al SUA, în doar o oră, cantitatea de energie solară care cade pe Pământ este suficientă pentru a satisface cererea globală pentru un an întreg. În ciuda acestui potențial vast, încă există câteva impedimente în dezvoltarea energiei solare, precum găsirea spațiului pentru panouri și stocarea energiei generate. Echipa Universității Swansea este unul dintre multele grupuri de inovatori care caută să facă energia solară mai ecologică și mai accesibilă prin încorporarea acesteia în structura mediului construit.

Primele celule solare de perovskit metalice, complet procesabile, flexibile, au fost dezvoltate de o echipă de la Colegiul de Inginerie cu sediul la SPECIFIC Inovation and Knowledge Center, care dezvoltă o gamă de acoperiri funcționale pentru materiale de construcție: acoperiri care pot fi aplicate pe acoperișuri și pereți la scară largă, folosind materiale ieftine, abundente și sigure.

Până la această descoperire, majoritatea cercetărilor pe perovskite PV au folosit sticlă plată ca material de bază pentru dispozitiv. Această metodă prezintă limitări pentru fabricarea continuă la scară largă, deoarece se face de obicei pe o suprafață de bază tip „roll-to-roll” (între două role suport), ceea ce necesită ca materialul să fie flexibil.

De asemenea, deși s-au înregistrat progrese în înlocuirea suportului din sticlă cu alternative mai flexibile de „perovskit din plastic”, principalele limitări ale producției acestora includ pe de o parte utilizarea elementului rar și scump, indiul, care conferă plasticului o acoperire conductivă electric, iar pe de altă parte metodele de producție implică prelucrarea în vid, care este dificilă și costisitoare.

Noua dezvoltare a echipei de cercetare, condusă de profesorul principal Dr. Trystan Watson, permite depunerea celulelor solare extrem de eficiente folosind tehnici de imprimare ieftine pe folie metalică ieftină, fără a fi nevoie să utilizeze indiu sau procesare în vid. De asemenea, chiar dacă sunt îndoite în mod repetat, celulele își conservă aproape integral eficiența inițială.

Cercetătorul principal Joel Troughton spune: „Această cercetare deschide posibilitatea tipăririi fotovoltaicelor direct pe materialele metalice de construcție, în același mod în care se aplică vopseaua în fabrică. Partenerul nostru, Tata Steel, produce anual aproximativ 100.000.000m2 de sisteme metalice de placare exterioară a clădirilor. Dacă am putea imprima celule solare pe acest material, am putea contribui în mod considerabil la reducerea amprentei de carbon a Regatului Unit și a Țării Galilor, precum și a crea locuri de muncă în economia locală”.

Surse:
https://www.swansea.ac.uk/research/research-highlights/steel-innovation/printed-photovoltaics/
https://www-2018.swansea.ac.uk/press-office/news-archive/2015/engineeringresearchersprintperovskiteontoflexiblemetal.php
https://www.specific.eu.com

Din aceeași categorie