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Hallo Welt!

Innovative CdTe-Solartechnologie: Transparente Panels (BIPV)

Das CdTe-Solarmodul (Cadmiumtellurid) ist ein wichtiger Zweig der Dünnschicht-Solartechnologie. Einige seiner Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen C-Si-Panels haben zu einer stetig wachsenden Verbreitung in Industrie-, Gewerbe- und Wohnsegmenten geführt, die rund 100.000 Einwohner umfassen 5-6 % des weltweiten Panel-Marktanteils.

Es ist bemerkenswert, dass mehrere besondere Eigenschaften der CdTe-Technologie erheblich zur Weiterentwicklung revolutionärer „transparenter Solarmodule“ beitragen.

Lassen Sie uns untersuchen, warum und wie die CdTe-Technologie auf transparente Panels angewendet wird und welche Vor- und Nachteile sie haben.

Stehend vor CdTe-basierten transparenten Solarmodulen

Beginnend mit den Grundlagen von CdTe

Um die darauf aufbauenden transparenten Panels zu verstehen, ist es wichtig, sich mit den Grundlagen der CdTe-Technologie vertraut zu machen.

CdTe-Zellen nutzen Cadmiumtellurid als Halbleitermaterial, um Sonnenlicht in Elektrizität umzuwandeln. Etwas ähnlich die Struktur von CIGS-Zellen, CdTe-Zellen verwenden typischerweise eine dünne Schicht aus CdS als n-Typ-Schicht, die über der CdTe-Schicht platziert wird, um einen pn-Heteroübergang, also das photovoltaische Material, zu erzeugen. Zu den weiteren Schichten, die eine CdTe-Zellstruktur umfassen, gehören auch:

  • Verkapselungsmittel: Eine Schicht, die die darunter liegenden Schichten der Zelle vor Feuchtigkeit und Zersetzung schützt.
  • Transparente leitfähige Oxidschicht (TCO).: Es wird im Allgemeinen durch Abscheiden von SnO2:F oder einem ähnlichen Material hergestellt. Diese Schicht dient als vordere Elektrode, die den Lichteintritt ermöglicht und gleichzeitig Strom leitet.
  • Elektrischer Rückkontakt: Es handelt sich üblicherweise um eine Schicht aus Zinktellurid (ZnTe). Diese Schicht erfordert auch die Abscheidung einer Metallschicht oder Kohlenstoffpaste, die Kupfer (Cu) in die Rückseite der Zelle einbringt.
  • Substrat: Dies ist die Zellbasis, auf der andere Schichten abgeschieden werden, die für strukturelle Unterstützung sorgen. Es kann sich um Glas oder andere flexible Materialien handeln.

Die Entwicklung transparenter Solarmodule

Transparente Solarpaneele gelten als bahnbrechende Technologie, die darauf abzielt, Sonnenenergie zu gewinnen, ohne das Sonnenlicht daran zu hindern, in den Innenraum einzudringen. Sie erfüllen die Doppelfunktion eines sauberen Energiegenerators und eines Fensters für die Struktur.

Während sich die Forschung zu dieser Panel-Technologie in den letzten Jahrzehnten weiterentwickelt hat, Es war nicht bis 2014 dass das Forschungsteam der Michigan State University (MSU) die erste Version „transparenter Solarmodule“ erfunden hat. Dieser Meilenstein begann, der Technologie enormen Anklang zu verschaffen und bedeutende Fortschritte in ihrer Entwicklung voranzutreiben.

Obwohl es akzeptabel ist, sie als „transparente Solarmodule“ zu bezeichnen, ist dies nicht der Fall authentisch transparent Photovoltaik-Glasplatten. 

Der offizielle Begriff für die Technologie der MSU lautet Transparent Luminescent Solar Concentrator (TLSC). Physikalisch gesehen nutzt es kleine innovative organische Moleküle zu abholen Die unsichtbaren Wellenlängen des Sonnenlichts im Ultraviolett- und Nahinfrarotbereich „leuchten“ sie bei einer anderen Wellenlänge im Infrarotbereich und leiten sie dann zum Rand des Panels, wo sie durch dünne Photovoltaikstreifen in Elektrizität umgewandelt werden.

Der anfängliche Umwandlungswirkungsgrad dieser Technologie beträgt etwa 1 %. Durch die kontinuierliche Optimierung des Designs von TLSCs konnte die transparente Panel-Technologie der MSU Effizienzsteigerungen verzeichnen über 5%.

Verkabelung neu installierter transparenter Solarmodule
Verkabelung neu installierter transparenter Solarmodule. | Quelle: MSU

Es scheint jedoch eine Herausforderung zu sein, wesentliche Durchbrüche bei der Effizienz hochtransparenter Solarmodule zu erzielen, was größtenteils auf die inhärenten Einschränkungen zurückzuführen ist, die ihr Kernprinzip auferlegt: unsichtbare Wellen umzuwandeln und gleichzeitig sichtbare Wellen loszulassen. 

Dies wiederum eröffnet einen weiteren Weg innerhalb der „transparenten Roadmap“: halbtransparente Solarmodule.

Einfach ausgedrückt gehen bei halbtransparenten Solarmodulen einige Kompromisse bei der Transparenz ein, um Raum für Effizienzverbesserungen zu schaffen. Durch die Schaffung eines Gleichgewichts zwischen Transparenz und Effizienz, um verschiedenen Anwendungsfällen gerecht zu werden, können diese Panels in der Transparenz variieren. wobei einige nahezu durchsichtig sind.

Warum wird die CdTe-Technologie auf transparente Solarmodule angewendet?

Mit der erweiterten Konnotation der transparenten Panel-Technologie untersuchen Forscher die Verwendung anderer Materialien zur Herstellung dieser Panels.

Eine davon ist die CdTe-Zellentechnologie.

Ausgezeichnete Dicke

Erstens sind CdTe-Zellen für ihre dünneren Absorberschichten bekannt, die im Bereich von 2–10 Mikrometern (μm) liegen. Diese Dicke ist erheblich dünner als die herkömmlicher c-Si-Zellen mit einem Dickenbereich von 100-200 μm

Forscher fanden heraus, dass mit hergestellte CdTe-Zellen eine bestimmte Absorberdicke kann zu einer besseren Leistung führen. In einigen Fällen kann eine Änderung der Konzentration bestimmter Elemente in der Absorberschicht dazu führen, dass die Dicke sich dem unteren Ende des Durchschnittsbereichs nähert oder sogar darunter liegt, was jedoch manchmal zu Einbußen bei der Effizienz führt.

Mit anderen Worten: Aufgrund der hervorragenden Dicke eignet sich die CdTe-Technologie hervorragend für die Herstellung transparenter Solarmodule. Experten sind in der Lage, diese Platten mit herzustellen unterschiedliche Transparenzprozentsätze durch die Anwendung von Kompromissen zwischen Dicke (Transparenz) und Effizienz.

Hohe Effizienz bei schwachem Licht

Zweitens zeigen CdTe-Zellen eine hervorragende Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen. Diese Eigenschaft passt sich gut an die Lichtverhältnisse und Umgebungsvariablen der Orte an, an denen transparente Paneele installiert werden.

In städtischen Umgebungen können Gebäude und andere Strukturen Schatten erzeugen, während relativ hohe Schadstoff- und Feinstaubwerte das Sonnenlicht absorbieren und streuen können. Beide dieser beiden Faktoren können die Menge an direktem Sonnenlicht reduzieren, die den ganzen Tag über auf transparente Paneele trifft. Die Leistung von CdTe-Zellen bei schlechten Lichtverhältnissen kann diese Nachteile teilweise ausgleichen.

Niedrigerer Temperaturkoeffizient

Drittens durchlaufen städtische Gebiete häufig die „städtische Wärmeinsel"-Effekt, wenn die Temperaturen höher sind als in umliegenden ländlichen Gebieten. Höhere Temperaturen können die Effizienz von Solarzellen verringern, bezogen auf den Temperaturkoeffizienten von Modulen; CdTe-Zellen sind nicht ausgenommen.

Allerdings haben CdTe-Zellen einen niedrigeren Temperaturkoeffizienten, der typischerweise im Bereich von -0.20 %/°C bis -0.25 %/°C liegt, im Gegensatz zu dem von c-Si-Zellen, der typischerweise im Bereich von -0.30 %/°C bis -0.50 %/°C liegt. °C. Es wird auch davon ausgegangen, dass dies dazu beiträgt, die Auswirkungen ihrer geringeren Effizienz teilweise abzumildern.

Bewährte Technologie mit niedrigen Produktkosten

Nicht zuletzt ist die CdTe-Solartechnologie nach c-Si eine der am weitesten verbreiteten PV-Technologien. Der Herstellungsprozess für CdTe-Panels ist einfacher und kostengünstiger als für C-Si-Panels und andere Typen der Dünnschicht-Panel-Familie. Dies stärkt nicht nur die Wettbewerbsfähigkeit dieser CdTe-basierten transparenten Solarmodule, sondern legt auch den Grundstein für eine zukünftige großflächige kommerzielle Nutzung in städtischen Gebieten.

Transparente Platten auf CdTe-Basis werden im Allgemeinen hergestellt, indem man die CdTe-Platte erhält eingeklemmt zwischen zwei Teilen aus gehärtetem Glas.

Diese transparenten Solarpaneele können auch maßgeschneidert hergestellt werden, entweder in verschiedenen Formen und Größen geformt oder mit Farben eingefärbt werden, um der einzigartigen Attraktivität der Orte, an denen sie installiert werden, wie z. B. Museen und Ausstellungszentren, gerecht zu werden.

Final Verdict

Der Einsatz ausgereifter CdTe-Solartechnologie bei der Herstellung transparenter Solarmodule eröffnet ein erhebliches Potenzial und bietet eine kluge und greifbare Lösung für die „Solarisierung“ in Städten, in denen große Freiflächen und Dachflächen begrenzt sind, Glasflächen jedoch reichlich vorhanden sind.

Es ist bemerkenswert, dass es welche gibt fast zehn Milliarden Quadratmeter Glasflächen allein in den Vereinigten Staaten!

Die Weiterentwicklung dieser neuen Technologie umfasst die Steigerung der Effizienz bei gleichzeitiger Gewährleistung hervorragender Transparenz sowie die Förderung der individuellen Gestaltung und Umsetzung eines umfassenden „transparentes Solarstromerzeugungssystem' und den Aufbau einer abgerundeten Recyclingkette zur Handhabung unfreundlicher Elemente.

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