Na obrzeżach Brandenburgii nad Hawelą w Niemczech znajduje się fabryka wypełniona nieujawnionymi innowacjami w zakresie energii słonecznej. Tutaj brytyjska firma Oxford PV skrupulatnie produkuje komercyjne ogniwa słoneczne przy użyciu perowskitów – dostępnych powszechnie i niedrogich materiałów fotowoltaicznych, które wielu uważa za przyszłość zrównoważonej energii. Chodzi o nowy typ ogniwa słonecznego który wykorzystuje perowskit.
W tym artykule powiemy Ci wszystko, co musisz wiedzieć o nowym typie ogniw słonecznych i jego znaczeniu.
Fabryka technologii słonecznych
Otoczona dziką trawą i dużym parkingiem fabryka ta jest skromną kolebką potencjalnie rewolucyjnej technologii. Jednak dyrektor ds. technologii firmy, Chris Case, jest niezaprzeczalnie zakochany w tym zakładzie. «To miejsce jest realizacją moich najgłębszych aspiracji»– ogłasza z niesłabnącym entuzjazmem.
Istnieje wiele firm, w tym ta, o której mowa, które stawiają na perowskity jako katalizator przyspieszający globalną zmianę w kierunku energii odnawialnych. Chociaż niektóre specjalistyczne produkty fotowoltaiczne (PV) na bazie perowskitu weszły już na rynek, ostatnie zapowiedzi sugerują, że wkrótce ich śladem pójdzie znacznie więcej. Na przykład według Case konsumenci mogą spodziewać się dostępu do paneli słonecznych wyposażonych w ogniwa fotowoltaiczne firmy Oxford już w połowie przyszłego roku. Ponadto, w ramach godnego uwagi rozwoju, Hanwha Qcells, wiodący producent krzemowych ogniw fotowoltaicznych z siedzibą w Seulu, ujawniła zamiar zainwestowania 100 milionów dolarów w pilotażową linię produkcyjną który mógłby zacząć działać pod koniec 2024 r.
Dominującą substancją występującą w 95% paneli słonecznych jest krzem, który jest obecnie wykorzystywany w nowy sposób przez Oxford PV, Qcells i inne firmy. Zamiast zastępować krzem, firmy te włączają perowskit do krzemu, tworząc tak zwane ogniwa tandemowe. Łącząc te dwa materiały, tandemy mogą wykorzystywać energię z szerszego zakresu długości fal światła słonecznego, co skutkuje zwiększeniem energii potencjał wytwarzania energii wynoszący co najmniej 20% w porównaniu z samym ogniwem krzemowym. W rzeczywistości niektórzy eksperci przewidują nawet większą poprawę wydajności.
Nowy typ ogniwa słonecznego z technologią perowskitu
Zwolennicy technologii perowskitowej argumentują, że nadwyżka energii elektrycznej wytwarzanej przez ogniwa tandemowe może potencjalnie zrównoważyć dodatkowe wydatki związane z jej wdrożeniem, szczególnie w gęsto zaludnione regiony miejskie lub kompleksy przemysłowe, w których dostępność gruntów jest ograniczona. „Obecnie największe zainteresowanie naszą technologią wykazują przedsiębiorstwa użyteczności publicznej, ponieważ borykają się z niedoborem łatwo dostępnych gruntów” – wyjaśnia Case.
Wraz ze zbliżającym się pojawieniem się na rynku tandemów perowskitowo-krzemowych początkowy entuzjazm przerodził się obecnie w śmiałe nagłówki obwieszczające pojawienie się rewolucyjnego i cudownego materiału, który niewątpliwie zrewolucjonizuje świat. Należy jednak przyznać, że w dążeniu do zrewolucjonizowania rynku energii słonecznej branża nadal stoi przed dwoma głównymi wyzwaniami.
Spadek wydajności perowskitów w porównaniu do krzemu, jest znacznie szybszy pod wpływem wilgoci, ciepła i światła, jak wykazały opublikowane badania. Jednakże Oxford PV twierdzi, że rozwiązało tę kwestię w drodze własnego prywatnego dochodzenia. Jednakże Fabian Fertig, dyrektor działu badań i rozwoju ogniw i płytek w firmie Qcells, odpowiedzialny za rozwój tandemów perowskitowo-krzemowych, podkreśla, że głównym wyzwaniem w produkcji komercyjnej pozostaje stabilność.
Wpływ nowego typu perowskitowego ogniwa słonecznego
Co więcej, niektórzy analitycy utrzymują, że perowskity mogą nie mieć znaczącego wpływu na rozwój energetyki słonecznej, przynajmniej w najbliższej przyszłości. Szybki rozwój mocy produkcyjnych w Chinach, w połączeniu z niezwykłą opłacalnością i wydajnością modułów krzemowych, uczynił z nich dominującego gracza na rynku. W 2022 r. Energia słoneczna stanowiła około 1,2 terawata (TW) światowej mocy wytwórczej, odpowiadają za około 5% całkowitej produkcji energii elektrycznej. Jednak aby osiągnąć cele klimatyczne, stratedzy energetyczni szacują, że do 75 r. świat będzie potrzebował aż 2050 TW.
Oznacza to, że moc instalacji musi przekroczyć 3 TW rocznie do połowy lat 2030. XX w. Na szczęście oczekuje się, że przemysł krzemowej fotowoltaiki zaspokoi to zapotrzebowanie, pozycjonując go jako jeden z niewielu sektorów zielonych technologii na drodze do sukcesu.
Według Jenny Chase, analityk ds. energii słonecznej w firmie doradczej BloombergNEF w Zurychu w Szwajcarii, obecna technologia, którą dysponujemy, jest więcej niż zdolna do wytworzenia wystarczającej ilości energii słonecznej, aby zaspokoić globalne zapotrzebowanie.
Perowskity wkrótce staną przed najważniejszym jak dotąd wyzwaniem: poruszaniem się w bezlitosnym krajobrazie gospodarczym niezwykle konkurencyjnego rynku fotowoltaiki.
Rekordy, które zostały pobite
Znaczące ulepszenia możliwości perowskitów podsyciły zapał wokół ich potencjału, osiągniętego poprzez modyfikacje składu zarówno samych kryształów, jak i pochodzących z nich ogniw słonecznych. Perowskit, termin oznaczający krystaliczną strukturę naturalnego minerału, jest replikowany w syntetycznych kryształach stosowanych w ogniwach słonecznych, które mogą być wykonane z różnych materiałów.
W 2009 r. zasadowy perowskit, znany jako jodek metyloamoniowo-ołowiowy, był w stanie przekształcić zaledwie 3,8% energii słonecznej w energię elektryczną. Przejdźmy szybko do chwili obecnej: ogniwa perowskitowe poczyniły znaczne postępy, osiągnięcie rekordowej wydajności 26,1% przy zastosowaniu wyłącznie materiałów perowskitowych. To zaledwie ułamek mniej niż wiodące ogniwo krzemowe. Ponadto ogniwa perowskitowe mają tę zaletę, że wymagają cienkich warstw pochłaniających światło i wykorzystują powszechnie dostępne i opłacalne materiały. Zwolennicy argumentują, że gdyby ogniwa perowskitowe były produkowane na tę samą skalę co ogniwa krzemowe, pozostawiłyby mniejszy ślad energetyczny i materiałowy.
Mam nadzieję, że dzięki tym informacjom dowiecie się więcej o nowym typie perowskitowych ogniw słonecznych i jego właściwościach.