Германски учени и индустриални партньори разработиха нов тип алуминиеви фасадни елементи с интегрирани фотоволтаични модули, които съчетават висока енергийна ефективност и значителна свобода при архитектурния дизайн.
Технологията позволява слънчевите панели да бъдат вграждани директно в триизмерни фасадни конструкции, без компромис с производителността и безопасността. Разработката може да разшири приложението на сградно-интегрираната фотоволтаика (BIPV) и да превърне фасадите в по-активен източник на възобновяема енергия.
Фотоволтаичният фасаден елемент на базата на алуминий е дело на консорциум от германски компании и научни организации. Основната иновация е свързана с директното ламиниране на фотоволтаичен модул върху алуминиев фасаден елемент.
Изследователите са разработили производствен процес, който позволява модулът да бъде интегриран в сложни триизмерни форми, използвани в съвременната архитектура. Така производството не изисква съществени промени в съществуващите технологии за изработка на фасадни системи.
Разработката обаче е изисквала преодоляване на няколко сериозни технически предизвикателства. Алуминият има висок коефициент на линейно топлинно разширение, което може да доведе до деформации по време на ламинирането. Екипът е решил проблема чрез специална конструкция на страничните елементи, която предотвратява огъването на фасадата.
Паралелно с това е била разработена надеждна електрическа изолация между соларните клетки и металната основа чрез използване на слой от поливинилфлуорид (PVF).
Процесът на ламиниране се извършва при температура 155 градуса по Целзий и налягане 1000 mbar с помощта на стандартен мембранен ламинатор. За компенсиране на различните височини в сложните триизмерни конструкции се използват силиконови слоеве.
Проведените тестове показват липса на въздушни мехури, разслояване или механични повреди на клетките след производството.
Изследователите са създали няколко варианта на фасадния модул. Първият използва плоска алуминиева основа, вторият включва сгънати ръбове за по-голяма твърдост, а третият добавя триизмерни структурни елементи около активната фотоволтаична зона. Именно третата конфигурация показва най-добри резултати, като елиминира деформациите и същевременно запазва електрическите характеристики на модула.
На базата на този дизайн е създаден прототипът BIPV-4. Той включва допълнителни подобрения като задни разпределителни кутии, изолирани свързващи елементи, зигзагообразна триизмерна структура и анодизирано алуминиево покритие в златист цвят.
Сравнителните изпитвания показват, че фасадната система на алуминиева основа достига производителност, съпоставима с тази на конвенционалните соларни панели, като същевременно осигурява безопасна електрическа изолация.
Особено важно за бъдещото пазарно приложение е, че разработените фасадни елементи предлагат висока степен на персонализация. Системата поддържа различни размери на клетките, разнообразни форми на повърхността и множество цветови решения.
Сред демонстрираните варианти са вълнообразни, правоъгълни и зигзагообразни структури, както и конфигурации с две активни фотоволтаични зони.
Технологията може да бъде мащабирана за модули с дължина до два метра и да се адаптира към широк спектър от фасадни геометрии. Това е съществено предимство за сектора на сградно-интегрираната фотоволтаика, който продължава да търси решения, съчетаващи енергийна ефективност, архитектурна естетика и лесна интеграция в съществуващите строителни практики.
Ако подобни системи достигнат масово производство, фасадите на сградите могат да се превърнат в значително по-важен източник на слънчева енергия в градската среда.
