Tenkovrstvová technológia orientovaná na budúcnosť

Výroba panelov na báze modernej fotovoltickej tenkovrstvovej technológie je v porovnaní s výrobou bežných solárnych panelov menej náročná na spotrebu energie a surovín a charakteristická nižšími nákladmi.

Podľa smernice Európskej rady musia byť od roku 2018 všetky verejné budovy a od roku 2020 všetky novostavby postavené ako takzvané nulové (budovy, ktoré nepotrebujú na prevádzku takmer nijakú energiu). Využitie obnoviteľných zdrojov energie v stavebníctve je preto čoraz dôležitejšie. V centre záujmu vedcov sú najmä tenkovrstvové solárne bunky. Na ich vývoj sa zameriavajú predovšetkým nemeckí vedci. Vzhľadom na veľký podiel difúzneho svetla v strednej Európe predstavujú tenkovrstvové bunky vyrobené z amorfného kremíka efektívne riešenie na optimálne získanie energie. V medzinárodnom meradle súperia nemeckí, čínski a americkí vedci veľkých spoločností o najlepší koncept s najvyšším stupňom efektivity.

Spotreba surovín
Amorfné panely sa vyrábajú tzv. naparením extrémne tenkej vrstvy kremíka na nosný materiál. Polovodičová vrstva je vďaka tomu oveľa tenšia ako pri kryštalických paneloch. Pri výrobe amorfných tenkovrstvových panelov sa spotrebuje iba zlomok kremíka v porovnaní s jeho spotrebou pri výrobe konvenčných panelov. Vďaka tomu sa podarilo výrazne znížiť spotrebu tohto prírodného materiálu.

Výrobné haly spoločnosti Schüco v Osterwedingene pri Magdeburgu – výroba tenkovrstvových fotovoltických panelov v plnoautomatickom výrobnom procese

Nosný materiál
Vzhľadom na dostatočnú absorpciu svetla dosahovala hrúbka kremíkovej vrstvy pri kryštalických solárnych bunkách hrúbku minimálne 100 µm. Použitím amorfného kremíka sa hrúbka tejto vrstvy zmenšila na 2 µm. Výroba panelov tak už nezávisí od pevného nosného materiálu, ako je sklo alebo hliník. Vďaka redukovanej hmotnosti možno túto technológiu uplatniť aj na veľkých formátoch.

Energetický zisk
Tenkovrstvové panely ponúkajú aj pri vysokých prevádzkových teplotách veľmi dobré hodnoty výnosu. V ich prospech hovorí aj dlhá životnosť a znížené množstvo škodlivých emisií vznikajúcich pri výrobe. Okrem toho sa optimálne využíva difúzne svetlo a prirodzené spektrum svetla. Prepočítané na jeden rok, veľké množstvo difúzneho svetla prispieva ku konštantným energetickým ziskom a k ich maximalizácii na inštalovaný výkon.

Dizajn a transparentnosť
Tenkovrstvové panely sa vzhľadom na homogénny povrch odlišujú od doterajších kryštalických panelov, ktorých vzhľad určoval typický raster. Do fólií, ktoré sa dajú integrovať do fasádnych panelov, možno vyrezať laserom rozličné farby, vzory a logá alebo kreatívne pracovať s odlišnými úrovňami transparentnosti a opticky tak vytvárať zaujímavé efekty. Systém umožňuje vďaka kombinácii trvalo udržateľnej tenkovrstvovej technológie s okennými a fasádnymi systémami vytvoriť solárnu architektúru, ktorá určuje nové štandardy z hľadiska efektívnosti a dizajnu.

TEXT: Ing. Peter Škvaril
FOTO: Schüco

Ing. Peter Škvaril je vedúcim organizačnej zložky SCHÜCO International KG na Slovensku

Prof. Dr. Helmut Stiebig je technický riaditeľ spoločnosti Schüco Solar-Dünnfilm GmbH & Co. KG (Schüco TF) v Großröhrsdorfe pri Drážďanoch a vo výrobnom závode spoločnosti Malibu GmbH & Co. KG v Osterweddingene pri Magdeburgu. Je zodpovedný za technológie výroby tenkovrstvových kremíkových panelov v oboch výrobných závodoch. Okrem toho vedie výskumné a vývojové centrum spoločnosti Malibu GmbH & Co. KG v Bielefelde. Vyštudoval elektrotechniku na Univerzite v Siegene a  v roku 1997 obhájil na Rýnsko-vestfálskej technickej vysokej škole v Aachene diplomovú prácu Tenkovrstvové stavebné prvky na báze amorfného kremíka. V rokoch 1997 až 2007 bol vedúcim skupiny v Inštitúte pre výskum energie – fotovoltika Výskumného centra v Jülichu. Na jeseň roku 2008 začal pracovať ako pedagóg na Univerzite v Bielefelde a 14. júla 2010 mu bol udelený čestný titul honorárny profesor.

„Práve na póloch sa najvýraznejšie prejavujú dôsledky klimatických zmien – iba diskutovať o tom však už nestačí,“ hovorí Dirk. U. Hindrichs, konateľ a spoločník spoločnosti Schüco International KG.

Vykonávate výskum pre spoločnosť Schüco a zároveň prednášate na Univerzite v Bielefelde. V čom sa líši výskum pre akademickú pôdu od výskumu pre priemysel?
Na univerzite sa venujeme základnému výskumu, vytvárame prognózy a analyzujeme procesy. Výskum pre spoločnosti Malibu a Schüco TF má, samozrejme, konkrétny cieľ, a to vyrobiť určitý produkt. Ide o to ďalej rozvíjať technológie tak, aby boli rýchlejšie alebo sa výrobky dali zhotoviť cenovo výhodnejšie.

Prekrývajú sa v niečom tieto oblasti výskumu?
Samozrejme. Na začiatku je základný výskum, ktorý sa prenáša na konkrétny produkt. Najzaujímavejšia je neustála optimalizácia produktu, zaujímavé je aj to, keď sa produkt už počas výroby opäť vráti na úroveň základného výskumu. Aj pri nových okenných a fasádnych paneloch ProSol TF to bolo tak. Jednotlivé prvky nevyzerali hneď od začiatku perfektne, preto sa museli vyvinúť vzorky. Problémy, ktoré sa nedajú vyriešiť súčasnou technikou, sú napínavými výzvami.

Prečo sa spoločnosť Schüco rozhodla pre vlastnú výrobu?
Najskôr vzniklo oddelenie výskumu a vývoja (R & D). Po desiatich úspešných rokoch, počas ktorých sme ponúkali solárne panely, musela spoločnosť reagovať na obmedzený trh vybudovaním vlastných zdrojov. V konečnom dôsledku bol dôležitý aj entuziazmus nášho prezidenta Dirka U. Hindrichsa a jeho zapálenie za kremíkové tenkovrstvové technológie. V tom čase nebola táto technológia ešte veľmi rozvinutá a Dirk. U. Hindrichs chcel mať istotu, preto zriadil oddelenie výskumu a vývoja.

Ako sa zmenila výroba tenkovrstvových prvkov za ostatné roky?
Malibu je v súčasnosti jedinou výrobňou tenkovrstvových panelov, ktorá ide na plnú prevádzku. Sme jediní, ktorí dokážu vyrábať semitransparentné panely vo veľkých množstvách. Okrem toho sme urobili aj významný krok smerom k redukovaniu skleníkových plynov, pretože sme zmenili výrobný proces: tenkovrst­vové panely sa vyrábajú vo vákuových komorách naparením kremíka na sklo. Pri čistení týchto komôr sa doteraz používal nebezpečný skleníkový plyn nitrogéntriflorid (NF3). V súčasnosti čistíme komory iba flórom, a nie nitrogéntri­floridom, ktorý je z hľadiska globálneho otepľovania 17 200-krát nebezpečnejší ako CO₂. Flór nevykazuje nijaký skleníkový efekt.

Aké ďalšie výhody ponúka produkcia tenkovrstvových panelov?
Otázky znie inak: Čo má z dlhodobejšieho hľadiska udržateľný charakter? Tenkovrst­vová technológia spotrebuje veľmi málo kremíka, preto sa výrazne znižujú aj náklady. Technológia kryštálov ja zatiaľ o krok vpredu, a to vďaka výskumu z posledných rokov a väčších skúseností z výroby. Napínavou otázkou je: Kedy sa stane tenkovrstvová technológia výhodnejšia ako technológia kryštálov?

Pre používateľov je najdôležitejší stupeň účinnosti.
Stupeň účinnosti sa nebude dať nikdy porovnať – ale to vlastne ani nie je cieľom. Keďže používame z hľadiska nákladov veľmi výhodnú technológiu, ktorá potrebuje menej materiálu a surovín, nemôžeme dosiahnuť tie isté výsledky. Na streche rodinného domu budeme mať vždy vyšší stupeň účinnosti. Pri väčších objektoch, kde má strecha v porovnaní s fasádou obmedzenú plochu, bude výhodnejšie použiť tenkovrstvovú technológiu na fasáde. Kryštalické plásty zatieňujú vnútorný priestor…

Na aké ďalšie dizajnérske možnosti okenných a fasádnych systémov ProSol TF Schüco sa môžu architekti tešiť?
V súčasnosti je možná transparentnosť na úrovni 30 %, pričom každý panel možno rozdeliť na niekoľko častí s rozličnou úrovňou transparentnosti. Táto funkcia sa dá integrovať na veľkých plochách – 10 % transmisie v hornej časti ako ochrana proti slnku, v strednej, pohľadovej časti 30 % a v spodnej časti ako ochrana proti nežiaducim pohľadom 10 %.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.