W tym roku sumaryczna moc wyprodukowanych modułów PV przekroczyła na świecie jeden terawat. Nawet kryzys związany z pandemią koronawirusa oraz przerwane łańcuchy dostaw nie odwróciły tego trendu. Największy udział w produkcji mają typowe moduły fotowoltaiczne w kształcie prostokąta z hartowaną szybą nośną i ramą wykonaną z aluminium. Taki układ wymusza technologia produkcji ogniw, które są wytwarzane na prostokątnych płytkach krzemowych oraz technologia produkcji samego modułu. Inne kształty są możliwe do wykonania, ale są to produkty na specjalne zamówienie. Podobnie kolorystyka najpopularniejszych na rynku modułów jest bardzo ograniczona.
Determinuje ją przede wszystkim kolor ogniw, a ten jest ściśle związany z dążeniem do uzyskiwania jak najwyższej sprawności konwersji energii słonecznej na elektryczną. Z tego względu ogniwa są prawie czarne albo ciemno granatowe. Ten kolor jest powiązany z dążeniem do minimalizowania strat spowodowanych odbiciem promieniowania słonecznego od powierzchni ogniwa. Aby go uzyskać na powierzchni ogniwa wytwarza się teksturę i warstwę przeciodbiciową (ARC).
W procesie teksturyzacji powierzchnia ogniw jest trawiona w kąpieli zasadowej lub kwasowej (w zależności od rodzaju krzemu). Na tak zmodyfikowanej powierzchni krzemu osadza się warstwę przeciwodbiciową (najczęściej jest to azotek krzemu). W połączeniu z polimerem zabezpieczającym EVA i szybą moduł jest prawie czarny. Jeśli dodamy do tego czarną, anodyzowaną ramę aluminiową oraz czarny plastik zabezpieczający tył modułu otrzymujemy produkt, który jest czarnym prostokątem (full black). Taki kolor jest bardzo dobrze dopasowany do oczekiwań klientów, którzy montują je na dachach domów, gdyż jednym z najczęściej wybieranych pokryć dachowych jest czarna blacha lub dachówka.
W przypadku instalacji fotowoltaicznych montowanych na gruncie częściej wybierany jest moduł w którym rama jest srebrna a plastik zabezpieczający biały. Dzięki takiemu doborowi materiałów po pierwsze temperatura modułu jest nieco niższa, po drugie biały plastik odbija część promieniowania w kierunku ogniw. Obie te cechy powodują, że moc maksymalna modułów jest nieco większa od tych wykonanych w układzie zwanym full black.
Jednak coraz częściej moduły fotowoltaiczne są produkowane z myślą o integracji z istniejącymi lub nowymi budynkami. Coraz częściej nie chodzi już tylko o kwestie związane z systemem montażowym na elewacjach czy parametry stawiane materiałom budowalnym ale także o estetykę budynku. Często projektanci oczekują innych kolorów niż tylko czarny (albo czarny z białą kratka i srebrną ramą).
W przeszłości oferowano już moduły fotowoltaiczne, w których stosowano ogniwa o kolorze innym niż czarny. Dostępne kolory związane były z modyfikacją grubości warstwy ARC i ograniczały się do purpurowego, złotego, zielonego oraz jasno niebieskiego. Ogniwa o takich kolorach miały niższą sprawność ale jednocześnie nietypową barwę. Niestety produkcja kolorowych ogniw była również droższa. Problemem pozostawało także wytworzenie tylnego plastiku zabezpieczającego i ramy w kolorze dopasowanym do ogniw. Ponadto wyraźny kolor był widoczny na ogniwach z krzemu polikrystalicznego bez teksturyzacji (dolny rząd na rysunku 1.) O ile ograniczona sprawność nie była traktowana jako wada, gdyż kolorowe moduły miały dwie funkcjonalności tj. produkcja energii i dekoracja budynku, o tyle ograniczona paleta barw i dyskusyjna jednorodność koloru sprawiła, że ten typ modułów nie upowszechnił się na rynku.
Rys. 1. Kolorowe ogniwa fotowoltaiczne na krzemie teksturyzowanym i nieteksturyzowanym źródło: LOF Solar Corporation Taiwan [1]
Rys. 2. Zielone moduły fotowoltaiczne na krzemie polikrystalicznym źródło: Colored Solar USA [2]
Nowszym, oferującym większą paletę barw, sposobem na wykonanie kolorowych modułów PV jest stosowanie standardowych wysokosprawnych ogniw fotowoltaicznych w połączeniu z kolorowymi foliami perforowanymi. Folie tę umieszcza się w module pod przednią szybą zabezpieczającą a nad ogniwami (rys. 3).
Rys. 3. Fragment modułu PV z zielona folią perforowaną umieszczoną pod przednią szybą, źródło: Helioenergia
Ze względu na sposób zabezpieczania ogniw warstwą EVA oraz konieczność zachowania wysokiej adhezji pomiędzy wszystkimi warstwami konieczne jest stosowanie dodatkowej warstwy EVA. Folia taka ma jednorodny kolor a wspomniana perforacja pozwala na częściowe przepuszczanie światła. I właśnie ta cecha foli jest jednocześnie jej największą wadą. Niestety jeśli perforacja zajmuje dużą cześć powierzchni rośnie moc modułu a pogarszają się walory estetyczne. Natomiast gdy powierzchnia perforacji maleje kolor staje się jednorodny i wyraźnie maskuje znajdujące się pod nim ogniwa, ale wyraźnie spada moc modułu. W najgorszym przypadku może to być spadek nawet o 50% względem mocy modułu bez folii.
Niemniej takie rozwiązanie pozwala na produkcję modułów o wyjątkowej estetyce, co niejednokrotnie jest ważniejsze niż moc maksymalna. Moduły takie oferuje polska firma Helioenegia. Największe zalety takiego rozwiązania to: niska cena kolorowej folii, umieszczenie jej pod szybą zabezpieczającą i wreszcie możliwość zastosowania w modułach elastycznych.
Obecnie rozwijany jest jeszcze jeden sposób na produkcję kolorowych modułów PV, a mianowicie pokrywanie szkła farbami ceramicznymi. O tym rozwiązaniu więcej na naszym portalu w osobnym artykule.
W publikacji wykorzystano informacje i zdjęcia od firmy Helioenergia oraz powszechnie dostępne materiały w tym ze stron:
1. LOF Solar Corporation Taiwan
