Новая технология нанесения покрытия может сократить использование стекла в фотоэлектрических модулях на 40 %

Немецкий стартап Exxosqel разработал технологию нанесения покрытия, которая укрепляет солнечное стекло, устраняя микроскопические трещины на его поверхности. Технология, разработанная в сотрудничестве с Институтом силикатных исследований Фраунгофера, может снизить вес стекла на 40 %, а общий вес фотоэлектрических модулей — примерно на 30 %.

Немецкий стартап Exxosqel, дочерняя компания Exxergy, разработал технологию нанесения покрытия, повышающую механическую прочность солнечного стекла, что позволяет использовать более тонкие стеклянные листы в фотоэлектрических модулях.

Согласно предварительным результатам испытаний, технология, разработанная в сотрудничестве с Институтом силикатных исследований Фраунгофера (Fraunhofer ISC), может снизить вес стекла на 40 % при сохранении механических характеристик.

В настоящее время на стекло приходится от 70 до 80 % общего веса фотоэлектрического модуля. Обычно модули весят от 11 до 13 кг/м², хотя более тяжелые конструкции могут весить около 16 кг/м².

Таким образом, уменьшение толщины стекла может снизить потребление сырья, энергозатраты на производство и связанные с этим выбросы, а также уменьшить нагрузку при транспортировке и установке.

Борьба с микроскопическими дефектами стекла

По данным Exxergy, эта технология позволяет устранить один из основных факторов, снижающих механическую прочность листового стекла: микроскопические трещины, которые появляются в процессе производства и транспортировки. Покрытие не просто маскирует поверхностные дефекты, а проникает в трещины и изменяет их механические свойства.

В этом процессе используется многокомпонентный композитный материал, который образует трехмерную сшитую структуру. После нанесения матрица покрытия образует ковалентные связи на молекулярном уровне в микротрещинах. Цель состоит в том, чтобы предотвратить распространение трещин и увеличить энергию, необходимую для разрушения стекла.

Лабораторные испытания показали значительное повышение механической прочности. После внесения ряда изменений в состав материала и процесс его нанесения образцы стекла толщиной 2 мм стали в четыре раза прочнее, чем исходный образец без закалки. Прочность образцов толщиной 1 мм увеличилась в семь раз.

Результаты показывают, что эта технология может позволить использовать более тонкое стекло в фотоэлектрических модулях, где традиционные методы упрочнения сталкиваются с техническими ограничениями.

Ограничения традиционной закалки

Термическая закалка — широко используемый метод упрочнения листового стекла. Этот метод предполагает контролируемое охлаждение для создания сжимающего напряжения на поверхности, что помогает предотвратить распространение трещин.

Однако по мере уменьшения толщины стекла этот процесс становится менее эффективным. В фотоэлектрических модулях по-прежнему используется стекло номинальной толщиной 3,2 мм, в то время как добиться достаточной прочности стекла толщиной 2 мм или меньше с помощью обычного термического упрочнения сложнее.

Еще один вариант — химическое упрочнение с помощью ионного обмена. В ходе этого процесса ионы натрия на поверхности стекла заменяются ионами калия, что приводит к возникновению сжимающих напряжений в поверхностном слое.

Хотя химическое упрочнение можно применять для тонкого стекла, оно вызывает меньше оптических искажений, чем термическое упрочнение, но является более сложным и требует больше времени и энергии. Применение этого метода к большим стеклянным листам также сопряжено с трудностями.

Технология Exxergy использует другой подход, направленный на устранение микроскопических дефектов, вызывающих распространение трещин.

Снижение веса модуля до 30 %

По оценкам компании, снижение веса стекла до 40 % может уменьшить общий вес фотоэлектрического модуля примерно на 30 %, в зависимости от его конфигурации.

Для относительно тяжелого модуля весом 16 кг/м² это означает снижение веса примерно до 11 кг/м².

Более легкие модули также могут снизить требования к конструкции, что позволит проектировать монтажные системы с учетом меньших статических нагрузок. В результате экономия веса может привести к дополнительному сокращению расхода материалов и упростить транспортировку, погрузочно-разгрузочные работы и монтаж.

От лабораторных образцов до коммерческих модулей

Главная задача сейчас — масштабировать технологию для промышленного применения. До сих пор разработка велась в основном на небольших образцах стекла, а следующий этап предполагает использование стекла большего размера и, в конечном итоге, полноразмерных коммерческих фотоэлектрических модулей.

Exxergy и Институт Фраунгофера работают над масштабированием синтеза материалов, нанесения покрытий и автоматизации процессов, чтобы обеспечить интеграцию в существующие производственные линии. Институт Фраунгофера делится своим опытом в области синтеза материалов в объемах до 100 литров, а также в области технологий нанесения покрытий.

По данным Exxergy, технология достигла уровня технологической готовности (TRL) 6. Компания заявила, что изготовила прототипы стандартных размеров в условиях, приближенных к эксплуатационным, и продолжает проводить испытания на механическую нагрузку. Следующая цель — достичь уровня TRL 7, протестировав покрытие в реальных условиях.

Работа над проектом велась при поддержке проектов «Зеленые солнечные модули» и «Зеленые солнечные модули Glass II», финансируемых Федеральным министерством экономики и энергетики Германии и компанией Exxergy.

Challenger A12-40 https://invertory.ru/product/akkumuljator-challenger-a12-40/