Typowe moduły fotowoltaiczne dominują na rynku zarówno małych instalacji prosumenckich, jak i dużych elektrowni. Nie zmienia to faktu, iż wielu producentów (szczególnie tych mniejszych, oferujących nietypowe rozwiązania) prowadzi badania nad udoskonaleniem metod produkcji kolorowych modułów PV. Moduły te są szczególnie interesujące z punktu widzenia zastosowań w BIPV (Building Integrated Photovoltaics). Jest to obszar zastosowań zorientowany na zintegrowanie modułów fotowoltaicznychz elementami elewacji budynku.
Moduły montowane w ten sposób pełnią zarówno funkcję materiału budowlanego, okładziny konstrukcji, jak i źródła energii elektrycznej. Można je zastosować zarówno na dużych budynkach, a także w obiektach małej architektury jak wiaty przystankowe, czy w obiektach autonomicznych jak banery informacyjne. Systemy te stanowią wyzwanie zarówno dla projektantów budynków, jak i producentów tego typu rozwiązań ze względu na indywidualny charakter każdej konstrukcji. Główną zaletą tych produktów jest walor estetyczny wynikający z integracji modułu z budynkiem. Istnieją różne techniki koloryzacji (nadawania koloru modułom PV), które przyczyniają się do zwiększenia atrakcyjności wizualnej, choć nie bez wpływu na wydajność.
Najpopularniejszą obecnie tego typu techniką jest nadruk farby ceramicznej na przednią powierzchnię szyby zabezpieczającej moduł PV. Tak wykonany wzór jest bardzo trwały, oraz daje złudzenie że moduł jest jednobarwną taflą szkła. Największą wadą omawianego rozwiązania jest spadek mocy tak zmodyfikowanego modułu, który sięga nawet 50%. Rozwijane są też inne metody, takie jak stosowanie kolorowych ogniw słonecznych czy specjalnych, perforowanych folii umieszczanych pomiędzy szybą a polimerem zabezpieczającym ogniwa. Więcej na temat tych modyfikacji w artykule: „Kolorowe moduły fotowoltaiczne”.
Jeszcze innym rozwiązaniem jest wykorzystanie barwionych w masie materiałów stosowanych do hermetyzacji modułów PV. Badaniami nad tym rozwiązaniem zajmują się studenci Politechniki Śląskiej wraz z inżynierami pracującymi w firmie Helioenergia. Grupa studentów z wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej, w skład której wchodzą: Paweł Nowak, Tomasz Muskała, Sabina Gawlik, Dominik Leszczewski oraz Patrycja Koszut prowadzi badania nad zastosowaniem w modułach PV barwionych folii EVA (ethylene-vinyl acetate) i TPU (Thermoplatisches Polyurethan).
Celem prac jest opracowanie technologii laminacji modułów z użyciem modyfikowanych materiałów zabezpieczających oraz zbadanie wpływu barwienia na parametry elektryczne modułów, w tym na moc maksymalną. W pierwszej kolejności opracowano moduł referencyjny, którego wymiary oraz układ ogniw pozwala na przeskalowanie technologii do wymiarów produkcyjnych. Schemat badanego modułu pokazano na rysunku 1.
Rys. 1. Schemat podłączenia ogniw w prototypowym module PV
W badaniach skupiono się na trzech rodzajach koloryzacji: zastosowaniu barwionej folii EVA oraz folii TPU oraz nałożeniu folii OWV (One Way Vision - kolorowa folia perforowana) na szkło modułu. W efekcie uzyskano trzy rodzaje zmodyfikowanych kolorystycznie modułów PV, których przednią powierzchnię pokazano na rysunkach 2 i 3.
Rys. 2. Powierzchnia badanych modułów. Moduł referencyjny (z lewej), moduł z barwioną folią EVA (z prawej)
Rys. 3. Powierzchnia badanych modułów. Moduł z barwioną folią TPU (z lewej), moduł z folią perforowaną OWF (z prawej)
Moduły z barwioną folią EVA charakteryzują się jasnym i żywym kolorem. Wszystkie metalowe elementy ogniwa, takie jak przednia elektroda i taśmy połączeniowe, są widoczne przez folię koloryzującą. Aby uzyskać lepszy efekt wizualny, planowane jest dodatkowe maskowanie szyn zbiorczych (bus bars). Interferencyjny charakter barwników w nałożonych foliach uwidacznia się przy oglądaniu modułów pod różnymi kątami. Oglądając moduły od przodu, kolor jest najbardziej intensywny. Wraz ze wzrostem kąta widzenia kolor ustępuje kolorowi samych ogniw. Efekt ten występuje również przy zastosowaniu do koloryzacji folii TPU, natomiast nie występuje przy zastosowaniu folii OWV. W przypadku modułu barwionego folią TPU, efekt wizualny jest podobny do modułów wykorzystujących folię EVA. Natomiast w module wykorzystującym folię OWV, wybarwienie jest najbardziej jednolite i skutecznie maskuje ogniwa i szyny zbiorcze w module.
Aby ocenić wpływ zastosowanych folii EVA i TPU na moc maksymalną modułów poddano je badaniom, podczas których wyznaczono charakterystyki prądowo-napięciowe każdego z nich. Analizy przeprowadzono przy użyciu symulatora światła słonecznego PSS 8 Berger Lichttechnik dla standardowych warunków testowych (STC), tj. dla temperatury 25°C, mocy promieniowania słonecznego 1000 W/m2 oraz widma AM 1,5.
Spośród wszystkich zbadanych modułów, najmniejszy spadek mocy wynoszący około 15%, wykazał moduł z barwioną folią TPU. Należy jednak zaznaczyć, że proces laminowania przy użyciu folii TPU różni się od bardziej typowego laminowania modułów PV (przy użyciu folii EVA). Ponadto folia ta jest o około 50% droższa od folii EVA. Moduły wykonane z użyciem folii EVA zostały wyprodukowane w typowym procesie laminowania modułów PV. W zależności od wariantu intensywności koloru folii, spadki mocy wyniosły 23% i 28%. Proces wytwarzania takich modułów jest znacznie łatwiejszy, a przez to tańszy w produkcji przemysłowej. Ostatni wariant koloryzacji polegający na zastosowaniu folii OWV jest najprostszą metodą ze wszystkich tutaj opisanych, jednak ta modyfikacja przyczyniła się do największego spadku mocy wynoszącego 57%. Zaletą stosowania folii OWV jest możliwość wykorzystania grafiki na module, co czyni go szczególnie atrakcyjnym w połączeniu z obiektami małej architektury.
Opracowane moduły wymagają dalszych badań pod kątem długoterminowej odporności na warunki atmosferyczne. Jeśli testy starzeniowe zakończą się powodzeniem, układ z folią TPU ze względu na niski spadek mocy może być bardzo atrakcyjny w wielu obszarach BIPV.
