Fotovoltaické textilie jsou textilní výrobky s integrovaným zařízením pro přeměnu slunečního záření na elektřinu. Vývoj solární techniky Za začátek vývoje fotovoltaiky se pokládá objev fotovoltaického efektu bratry Becquerelovými ve Francii v roce 1839, první fotovoltaický článek byl vyvinut v laboratořích americké firmy Bell v roce 1954. Další vývoj se v odborné literatuře obvykle rozděluje na tři generace:
V 1. generaci byl vyvinut princip solárních článků: Materiály typu N a P jsou vrsteny tak, že se mezi nimi tvoří tzv. ochuzená zóna(), která svými vlastnostmi umožňujue působení mechanizmu fotovoltaiky.
2. generace solárů (od začátku 70. let 20. století) sestává z několika vrstev materiálů s lehkou absorpcí, které jsou až 300 x tenčí než původní buňky z křemíku.
Ve 3. generaci (asi od začátku 21. století) se používají materiály a technologie umožňující výrobu pružných solárních článků. Jsou to zejména: články senzitizované barvivem, perovskitové solární buňky, organické solární buňky, solární buňky z kvantových teček.
Fotovoltaické články byly zkoumány a jejich použití laboratorně vyzkoušeno v desítkách variant.(Výzkumem textilní fotovoltaiky se zabývali (2013) také např. vědci z VUT v Brně se zaměřením na fotovoltaické polymery jako tekutina nebo pasta na povrstvování a potiskování textilií). Výsledky jejich práce nejsou veřejně známé. K aplikaci na textilie jsou vhodné jen některé produkty ze třetí generace a jejich úspěšné komerční využití je do roku 2025 známé jen z několika výjimečných případů. Vlastnosti fotovoltaických materiálů použitelných pro textilie Výkonnost a účinnost solární buňky Matematický vzorec výkonnosti FF:
. 100%
VMP = napětí, IMP = síla dodávané sluneční energie
VOC = napětí odváděného el. proudu, ISC = síla zkratového proudu
Účinnost přeměny energie PCE:
. 100 % = . 100 %
PIN = světelná energie dopadající na solární buňku
Podmínky pro aplikaci solárních článků na textilie Fotovoltaické články se dají výhodně použít na oděvní textilie jen když mají s aplikovanými substráty pokud možno shodné vlastnosti jako je pohodlné nošení, pružnost, poréznost, řasivost, odolnost proti mechanickým deformacím, proti praní aj. Články aplikované na technických textiliích se musí přizpůsobit vlastnostem substrátů s ohledem na konkrétní použití jako např.plachty nákladních aut, fasády, markýzy, batohy, osobní medicínské přístroje
V následující tabulce je znázorněn výběr z pokusných solárních článků s aplikacemi na textilních substrátech – články senzitizované barvivem (DSSC), perovskitové (PSC) a organické (OSC): ČlánekSubstrátJSC (mA/cm2)VOC(%)FF(%)PCE(%)Stabilita / trvanlivostVhodnost k použití na textilieDSSCPES/CO tkanina3,560,3252,78Článek obsahuje pružné i tuhé části "PES tkanina12,40,7726,21PCE klesá po 4 týdnech na 18 %Povrstvení ze skleněné fólie "CO tkanina14,750,66716,93Při povrstvení grafenem změna stability pod 1,5 %Článek obsahuje pružné i tuhé části "Tkanina ze skleněné příze10,20,73544,04Stabilní až do 8 týdnůOhýbání účinkuje i s kabelem ø 5 mm "Příze z uhlík. nanotrubic19,430,737110Při ohybu do pravého úhlu se po 2000 cyklech sníží PCE o 18 % "Ocelový drát20,020,45282,57Po 300 hod. klesá PCE na 83 %PSCPES tkanina12,910,89515,72Stabilní nad 96 hodin Vhodné pro žakárovou tkaninu "Tkanina z polyetylennaftalátu20,531,066614,3Po 300 hodinách 83 % původního PCE Vhodné pro textilie "Uhlík. nanotrubice8,750,61556,43,03Po 425 hodinách 70 % původního PCEPružné, vhodné pro textilie "Titanový drát11,230,67585,3OhebnéOSCPES/CO tkanina6,050,54371,23Po více než 400 cyklech dosahuje 90 % původních výsledkůVhodné pro oděvní textiie "Grafenová fólie8,140,5754,52,53Po 8 dnech snížení PCE o 5 % V tabulce nejsou uvedeny články konstruované na bázi kvantových teček. Ty dosahují např. se slitinou z PbBrCl2:Sm3+ až 22,5 % PCE, jsou ale velmi drahé a dosud vyráběné látky jsou toxické.
Technologie výroby a formy solárních textilií Z odborné literatury jsou známé dráty, vlákna, příze, tkaniny a netkané textilie s aplikovanými solárními články jako panely nebo sady fotovoltaických buněk (příno spojených s částmi textilie) nebo povrstvené fóliemi nebo laminované
Na snímku vpravo je příklad výroby jednotlivých částí solárního modulu ze zatkaných nití (pokus na univerzitě v britském Nottinghamu), na kterém jsou
Ai – solární články mezi dvěma měděnými dráty
aii – buňky jednotlivě zapouzdřeny v kulatých pryskyřicových minitobolkách
aiii – E-filament (PE 167 dtex 48f) obalený vlákennou pochvou
b – schéma zatkaných solárních buněk (Ø 1,6 mm)
c – tkanina se solárními buňkami (směrem po útku)
d – schéma elektrického obvodu z 10 solárními elektronitěmi (ze dvou modulů)
e – schéma znázorňuje spojení solárních E-nití a minimodulu
Vlastnosti uvedeného výrobku: Po osvětlení tkaniny (plocha 45 x 45 mm) se s 100 mW/cm2 se dosahuje PCE 2,15 mW/cm2 (dostačující pro nabíjení mobilu), výkon se nemění ani po 15 vypráních pračkou a 25 ručních praní, ani po 6000 cyklech odírání textilie
Komerčně výráběné solární textilie Od roku 2019 nabízí jedna čínská firma batoh se solárním panelem s kapacitou 9 W nabíjené elektřiny za maloobchodní cenu cca 200 USD. Článek z CIGS (měď/indium/gallium/selenid) se nabije za 8,5 hodin na 1000 mAh, 5 V, 1,35 A při PCE 19%.
Od října 2021 měla jedna kalifornská start-up firma prodávat šaty a bundy se solárním panelem (organická fólie ve tvaru lotosového listu) s kapacitou nabíjení 5 V. Šaty měly stát 268 USD. Odkazy Související články
Fotovoltaika Fotovoltaický článek Grätzelův článek Perovskit
Reference
Kategorie:Speciální úpravy textilií Kategorie:Fotovoltaika