Немецкие разработчики создали специальное покрытие, которое укрепляет солнечное стекло, связывая микроскопические трещины на молекулярном уровне. Технология позволяет использовать более тонкие стеклянные листы, снижать массу солнечных панелей и потенциально сокращать расходы на их производство.
Разработкой занимаются немецкая компания EXXERGY и ее дочерняя структура EXXOSQEL совместно с Институтом исследований силикатов Общества Фраунгофера (Fraunhofer ISC) в Вюрцбурге. Первые лабораторные испытания показали, что обработанное покрытие стекло может выдерживать значительно большие нагрузки, чем обычный материал без термического упрочнения.
Как работает покрытие, способное укреплять стекло?
Стекло — один из важнейших компонентов солнечной панели. Оно защищает фотоэлектрические элементы и другие электрические компоненты от осадков, пыли и механических воздействий, одновременно пропуская солнечный свет. Однако есть и обратная сторона: стеклянная оболочка может составлять до 80% общей массы солнечного модуля.
Обычно масса солнечных панелей составляет около 11–13 кг на квадратный метр, хотя у некоторых конструкций этот показатель достигает 16 кг/м². Уменьшить вес можно, используя более тонкое стекло, но возникает проблема: чем меньше толщина материала, тем выше риск повреждения.
Традиционно стекло укрепляют с помощью термической закалки. При такой обработке в материале формируется особое распределение механических напряжений, затрудняющее распространение трещин. Но при толщине около 2 мм и менее применение стандартных методов термического упрочнения становится сложнее.
Новая технология предлагает другой подход — химическое укрепление стекла с помощью специального покрытия.
После нанесения материала его компоненты формируют трехмерную композитную структуру. Внутри микроскопических трещин возникают ковалентные связи — прочные химические соединения между атомами. По сути, покрытие создает дополнительные молекулярные перемычки, которые затрудняют дальнейшее разрушение материала.
Как пояснил управляющий директор EXXOSQEL Томас Зауэр (Thomas Sauer), разработчики создают трехмерную сшитую композитную систему, матрица которой формирует ковалентные связи внутри микротрещин на молекулярном уровне.
В результате для разрушения стекла требуется больше энергии. Это позволяет повысить его механическую прочность даже при значительном уменьшении толщины.
В семь раз прочнее — и заметно легче
Лабораторные испытания продемонстрировали многообещающие результаты. При обработке стеклянных образцов толщиной 2 мм прочность увеличивалась в четыре раза. Для более тонких образцов толщиной 1 мм исследователи зафиксировали увеличение прочности до семи раз по сравнению с обычным стеклом без закалки.
По оценке разработчиков, уменьшение массы самого стекла на 40% может позволить снизить общую массу некоторых солнечных панелей примерно на 30%.
Это существенное преимущество для солнечной энергетики. Более легкие модули проще транспортировать, поднимать на крыши и монтировать на строительных конструкциях. Кроме того, снижение расхода стекла способно уменьшить потребность в сырье и энергии, необходимых для производства солнечных панелей.
При этом важно учитывать, что семикратное увеличение прочности относится к конкретным лабораторным образцам, а не ко всем готовым солнечным модулям. Чтобы подтвердить преимущества технологии в реальных условиях, ее необходимо испытать на стекле стандартных размеров и полноценных панелях.
От лабораторных образцов к серийному производству
Сейчас главная задача разработчиков — адаптировать покрытие для промышленного выпуска. Перенести технологию с небольшого лабораторного образца на стеклянный лист большого размера не так просто: необходимо обеспечить однородность материала, контролировать нанесение покрытия и интегрировать новый процесс в существующие производственные линии.
Институт Fraunhofer ISC уже работает над изготовлением партий покрытия объемом до 100 литров и автоматизацией процесса нанесения. Параллельно компания EXXERGY сотрудничает с Центром кремниевой фотоэлектрики Общества Фраунгофера (Fraunhofer CSP), где технологию проверяют на более крупных стеклянных листах и солнечных модулях.
По данным EXXOSQEL, разработка приближается к шестому уровню технологической готовности (TRL 6). Эта ступень предполагает демонстрацию прототипа в условиях, приближенных к реальной эксплуатации. Компания сообщила, что первые прототипы стандартных размеров уже изготовлены, а испытания на устойчивость к нагрузкам продолжаются.
Следующая цель — достичь седьмого уровня готовности, предусматривающего демонстрацию технологии в реальных эксплуатационных условиях.
Разработчики также представили технологию на международной выставке стекольной промышленности Glasstec 2026, проходившей в Дюссельдорфе с 20 по 23 октября.
Что это значит для солнечной энергетики?
Солнечные панели должны оставаться надежными в течение многих лет, выдерживая перепады температур, ветер, осадки и механические нагрузки. При этом производителям приходится искать способы уменьшить стоимость модулей, снизить расход материалов и упростить монтаж.
Покрытие, укрепляющее стекло на молекулярном уровне, потенциально помогает решить сразу несколько задач. Оно открывает возможность использовать более тонкие стеклянные листы без пропорционального увеличения риска повреждений, а значит, сокращать массу и расход сырья.
Однако технология пока находится на этапе испытаний и масштабирования. Еще предстоит доказать, что покрытие сохраняет свои свойства на больших площадях и обеспечивает долговечность готовых модулей при многолетней эксплуатации.
Если эти испытания пройдут успешно, новая разработка может стать одним из способов сделать солнечные панели легче, экономичнее и удобнее в установке.
