Tesla a patenty #3: Speciál o solárních taškách

V minulých dvou dílech série o patentech jsme se zabývali především těmi, jež souvisí s hlavním odvětvím Tesly, automobilovým průmyslem. Tesla každopádně po akvizici společnosti SolarCity, kterou v roce 2006 založili Muskovi bratranci Peter a Lyndon Rive, získala pod sebe též vývoj a výrobu solárních produktů. Elon Musk se ale nespokojil s obyčejnými solárními panely a SolarCity se pod Teslou pustila do vývoje takzvaných solárních střešních tašek. Tato přelomová technologie s sebou samozřejmě přinesla spoustu patentů. Kromě principu fungování střešních tašek se podíváme také na vynálezy, jež usnadňují výrobu a zvyšují spolehlivost výrobku.

Solární střešní tašky

Tím produktem, který odlišuje Teslu od ostatních společností zabývajících se solární energií, jsou právě solární střešní tašky. Jedná se vlastně o solární panely vypadající jako jednotlivé střešní tašky. Díky tomu je možné generovat energii ze slunečního záření, aniž by přitom vzhled domu kazily klasické solární panely. Tohle řešení ale přineslo spoustu technických výzev, pracovníci v SolarCity (v té době již vlastněném Teslou) museli přijít na to, jak zpřístupnit jednotlivé fotovoltaické články světlu aniž by přitom narušily vzhled střechy. Zároveň se muselo docílit co nejmenší ztráty efektivity oproti klasickým solárním střechám. Díky patentu zveřejněnému minulý rok je nyní možnost se podívat, jak solární střecha od Tesly funguje.

Jednotlivé vrstvy solárního panelu (Zdroj: Electrek)

Solární střešní tašky od Tesly se skládají z několika vrstev. Tou vrchní je tvrzené sklo, které zajišťuje odolnost střechy vůči kroupám či jiným objektům a zároveň může mít pomocí hydrotisku určitý design. Druhou vrstvou od shora je speciální sklo, které Tesla navrhla tak, aby při pohledu z velkého úhlu (typicky z ulice) nepropouštělo světlo, díky čemuž nejsou fotovoltaické články vidět. Naopak při pohledu z malého úhlu (tedy z vrchu) sklo světlo propouští a to tak dopadá na fotovoltaické články.

Tesla zároveň pro solární tašky, které zatím nejsou masově vyráběny, vyvinula ve spolupráci s Panasonicem nové fotovoltaické články a nový způsob jejich pospojování, což by mělo značně zkrátit čas instalace.  Co se týče efektivity, Tesla tvrdí, že u jejích solárních tašek dosahuje hodnot, které jsou z 98 % srovnatelnév s klasickými solárními panely.

Využití ohřívače pro vytvrzení vodivé pasty

Tesla bude pro své solární tašky nejspíše využívat kaskádové propojení (viz obrázek). To dle tvrzení automobilky v jedné žádosti o patent umožňuje dosáhnout při spojení článků nižšího elektrického odporu a zároveň ušetřit nějaké místo. Jednotlivé kaskády se pak mezi sebou propojí buď do série nebo paralelně a dohromady pak vytvoří solární střechu.

Zapojení solárních tašek do kaskády (Zdroj: Patentscope)

V patentu s názvem „Systems, method and apparatus for curing conductive paste“ Tesla rozebírá propojení jednotlivých solárních tašek do kaskády. K němu se využívá takzvané elektricky vodivé lepidlo (či pasta), které je ale potřeba nejprve vytvrdit. Tesla v žádosti o patent uvádí, že její metoda s využitím tepelného ohřívače je efektivnější a má delší životnost než při využití pájení či konvenčních pecí. Efektivita a životnost jsou přitom jedny z hlavních prvků potřebných k návratnosti celé investice v podobě pořízení solárních tašek.

Balení střešních tašek

Dle Tesly je umisťování vysoce efektivních fotovoltaických systémů do modulů střešních tašek poměrně složitou záležitostí. Od finálního výrobku se totiž kromě efektivity a dlouhé životnosti očekává také odolnost vůči extrémním teplotám a vodě, zároveň musí být solární tašky dostatečně lehké na instalaci. Právě z toho důvodu přišli technici v Tesle s patentem nazvaným „Packaging for solar roof tiles“, který by měl zmíněné problémy řešit. V popisu patentu Tesla uvádí, že pracuje s modulem, který obsahuje několik střešních tašek umístěných vedle sebe. Mezi jednotlivými taškami jsou umístěny distanční podložky, které brání vniknutí vody. Odolnost vůči teplotám je pak zajišťována speciálními kryty.

Detail solární střechy (Zdroj: Electrek)

Zaoblené střešní tašky

Při vyvíjení solárních střešních tašek musela Tesla myslet též na situace, během nichž nebudou tašky rovné, nýbrž zaoblené. Tento problém pak popisuje před pár dny zveřejněný patent nazvaný „Non-flat solar roof tiles“. Technici v Tesle se rozhodli nevyvíjet zaoblené fotovoltaické články a místo toho přišli se střešní taškou, jejíž vnější vrstva je zaoblená, zatímco ta druhá, vnitřní, obsahuje plochá místa sloužící k umístění fotovoltaických článků.

Toto řešení s sebou přináší některé výhody a nevýhody. Zaoblené tašky umožňují Tesle umístit fotovoltaické články též do míst, kde by to jinak nebylo možné, zároveň je zde ale problém, jelikož ne všechny články jsou v určitou chvíli vystaveny přímému slunečnímu svitu.

Metoda výroby tvarovaného skla

Výroba solárních střešních tašek může vyžadovat využití reliéfního skla a i v této oblasti prováděla Tesla svůj vlastní výzkum, což dokazuje patent nazvaný „Process to make textured glass“. Americká automobilka v něm uvádí, že tradiční metody neumožňují velkou přesnost vytváření reliéfního povrchu při zachování vysoké propustnosti výroby, přičemž právě propustnost a kvalita jsou klíčovými vlastnostmi.

Z toho důvodu automobilka přišla s vlastními metodami výroby reliéfního skla. Jedna metoda (obrázek č. 1) počítá s využitím zařízení na způsob lisu, kde je na jeho vrchní části vymodelován potřebný tvar. Stlačením na sklo poté dochází k vytvoření reliéfu. U druhé metody (obrázek č. 2) výroby pak sklo projíždí mezi dvěma otáčejícími se povrchy, přičemž každý z nich může razit jinou texturu.

Urychlení výroby

K tomu, aby Tesla mohla úspěšně instalovat solární tašky, je prvně nutné zvládnout výrobu ve velkém množství. Automobilka v jedné žádosti o patent uvádí, že současné fotovoltaické články nejsou navržené pro výrobu v řádu stovek megawattů či jednotek gigawattů ročně. A právě tento problém by dle Tesly měl řešit jejich patent nazvaný „System and method for manufacturing photovoltaic structures with a metal seed layer“.

Problém dle Tesly spočívá konkrétně v tom, že při výrobě fotovoltaické struktury s galvanickým pokovováním (které zvyšuje účinnost a umožňuje zpracovávat i difuzní sluneční záření) je kvůli slabému spojení pokovování a transparentního vodivého oxidu (TCO) nutno nanést další TCO pomocí metody zvané PVD, neboli fyzikální depozicí z plynné fáze. Při té je materiál nanášen v plynném skupenství, což právě dle Tesly může snižovat propustnost výroby. Nový způsob výroby by pak měl umožnit, aby nanášení obou vrstev TCO probíhalo ve stejné komoře ve vysoké teplotě a rychlosti. To dle tvrzení Tesly jednak zvýší výrobní kapacitu a jednak zlepší elektrické vlastnosti TCO vrstvy.

Předchozí díly seriálu o patentech Tesly:

Michal Lenc

Na ElonX působím jako redaktor od prosince 2018, věnuji se zde převážně Tesle a občas též The Boring Company. Studuji elektrotechniku a řídicí techniku.

Podpořte projekt ElonX



Mohlo by se vám líbit...

15
Diskuze

avatar
  Odebírat komentáře  
nejnovější nejstarší nejlepší
Nastavit upozorňování na
Invc
Host
Invc

Textured glass není tvarované sklo.

Textured glass je reliéfní sklo (texturované sklo, vzorované sklo, někdy nesprávně plastické sklo) tj. sklo se strukturovaným povrchem.

Tvarované sklo – je sklo tvarované jako objekt – jako celek (různě ohýbané, foukané atd.)

Petr Melechin
Admin

Díky, opraveno.

Zdeněk
Host
Zdeněk

Dala Tesla ty patenty k dispozici?

EvzenJ
Host
EvzenJ

Popravde z meho pohledu je nejvetsi problem s kontakty mezi jednotlivymi taskami, Neumim si predstavit robusni/jednoduche spojeni odolavajici teplotam -30/+80, vlhku atd. Kdyz vypadne jeden kontakt vypadne cela vetev.

daevid
Host
daevid

Nestracaju nahodou elektricky vodive pasty svoje vlastnosti rychlejsie nez klasicke spoje?

Ales
Host
Ales

Není to myšleno tak, že kaskádové propojení bude “jakýsi” modul ze kterého bude koukat kousek drátu (ze spodu) a následně se provede připojení do okruhu?

daevid
Host
daevid

Prvy obrazok, detail solarnej tasky nepatri taske. Stresna taska obsajuje jeden solarny cell. Na obrazku je klasicky panel v konfiguracii 6stringov po 10 celloch.

Petr Melechin
Admin

Máte pravdu. Popisek jsem opravil, díky. Nicméně, pokud jsem to pochopil správně, měla by to být stejná technologie, která se používá pro “zneviditelnění” článků v taškách.

daevid
Host
daevid

Ak vrstva 308 je dalsie sklo tak zrejme ano. Uz ale neobjasnuju akym sposobom su tieto dve skla vzajomne spojene.
U klasickych panelov byva vrstva 308 a 304 z roztekajucej sa priesvitnej folie ktorá sa po laminacii vplyvom teploty zceli a zaizoluje celly a kontakty. A taktiez spoji vrchne sklo a kryci izolant zo spodnej strany.

daevid
Host
daevid

A ak je vrstva 308 sklo, nemozu polozit celly priamo na sklo.. Myslim ze obrazok znazornuje vrstvy klasickeho solarneho panelu.

Random
Host
Random

Imho dávat solárné panely do tašek je naprostá blbost. V nejlepším případě bude MAXIMÁLNĚ polovina tašek na střeše ideálně nakloněná ke slunku, takže články nebudou optimálně osvětleny. Mnohem efektivnější (na výrobu elektřiny) by bylo postavil na nějaké železné konstrukci normální solární panely nad střechu a naorientovat je přesně na sever/jih (v závislosti na polokouli kde je barák) a v ideálním vertikálním nakloněním v závislosti na zeměpisné lokaci.
Na druhou stranu je to méně retardované než solární silnice…

rorejs
Host
rorejs

Naprostá blbost by bylo dávat solární články do všech tašek na domě, ale tak to není. Ty tašky se vyrábí i ve variantě bez FV článku, takže samozřejmě na neosluněné plochy se dají tašky obyčejné, a na osluněnou plochu se dají tašky solární. Výhoda je, že vzhledově jsou stejné, takže je to i estetické. Naproti tomu, dávat klasické panely na konstrukci nad střechou je dost ohyzdné. To se hodí na průmyslové objekty, zatímco tyhle tašky jsou navrženy hlavně na rodinné domky v obytných čtvrtích.

peter
Host
peter

su uz niekde nejake nezavisle testy efektivity tych solarnych skridiel v porovnani s klasickymi solarnymi clankami?
ale nie len laboratorna efektivita ked dopada svetlo pod idealnym sklonom, ale skutocny test, naistalovat solarne skridle o urcitej ploche, vedla nich klasicky solarny panel pod rovnakym uhlom samozrejme a nechat to fungovat par dni a zaznamenavat vykonovu krivku tych clankov, lebo ta nepriehladnost pod vacsim uhlom moze celkom zamavat s celkovou vyrobenou energiou za den

Honza
Host
Honza

Popravdě, v oblasti technologie solárních střešních tašek Tesla neuspěla a za tu dobu, co tuto formu solárních panelů vyvíjí, se solární tašky jiných značek dostaly na trh. Na trhu jsou tak např. solární tašky firmy Hanenergy (https://www.hanergy.eu/hantile-solar-roof-tiles/) nebo solární tašky firmy Lindab (https://www.lindabstrechy.cz/lindab-solar-roof). Tesla na tomto trhu tak může uspět už jen díky mimořádným technickým parametrům jejich tašek, nicméně, je jasné, že nebudou mít produkt, který by byl na trhu jedinečný … navíc je docela pravděpodobné, že tašky od Tesly budou dražší než ty od konkurence (vzhledem k tomu, že SolarCity nedokázalo konkurovat čínským výrobcům panelů, je pravděpodobné, že nebude schopné konkurovat čínským výrobcům solárních tašek).

pavel hek
Host
pavel hek

Montáž tohohle žádná sranda nebude, taky by byla zajímavé vědět jaká je účinnost a asi největší nedůvěru vyvoválá tvrzení ohledně prostupnosti světla z vysokého úhlu. To jako v případě Slunce v nadhlavníku a instalaci na šikmou střechu vyrobí prdlajs?