3 technologie, které změní budoucnost fotovoltaiky?

• 11. 10. 2023
• Redakce

Přijďte na odbornou fotovoltaickou konferenci diskutovat s předními odborníky a experty o trendech v moderní energetice. Konference. Smart Energy Forum startuje již 17. října  2023 v Praze. 

Zázračný minerál z Uralu: Perovskit

Většina solární energie se vyrábí z konvenčních křemíkových panelů vyráběných v Číně, což je technologie, která se od objevu křemíkových článků v 50. letech minulého století příliš nezměnila, pokud se jedná o maximální účinnost, která se pohybuje okolo 25 %. Obrovský potenciál však v současnosti představuje tzv. perovskit, nový materiál pro výrobu solárních článků s účinnosti přes 30 %.

Právě kombinace perovskitů a křemíku v podobě tandemových solárních článků v poslední době velmi zaujala také investory. Společnost Breakthrough Energy Ventures Billa Gatese investuje do výzkumu perovskitu a vyvíjí nové technologie, které mají přinést revoluci ve výrobě solární energie. 

V čem je výjimečnost perovskitu, minerálu z Uralu? Fotovoltaické články přeměňují fotony slunečního světla na elektřinu. Ne všechny fotony jsou však stejné. Mají různé množství energie a odpovídají různým vlnovým délkám ve slunečním spektru. Články vyrobené z perovskitů, což označuje různé materiály s krystalickou strukturou podobnou struktuře minerálu, mají vyšší absorpční koeficient a mohou zachytit širší rozsah energií fotonů ve slunečním spektru a dodat tak více energie. 

Zatímco standardní komerční křemíkové články mají účinnost přibližně 24-25 %, laboratorní perovskitové články mají účinnost až 25,7 %. Tzv. tandemový článek, který je kombinací křemíku a perovskitu vykazuje účinnost až 31,25 %. Přestože se účinnost křemíkových článků zvýšila, jednopřechodové články narážejí na teoretickou bariéru maximální účinnosti 29 %, známou jako Shockley-Queisserův limit.

Solární panely s infračerveným spektrem 

Solární panely se v posledních dvou desetiletích staly velmi populární. Evropská Unie, vláda USA a další zákonodárné orgány po celém světě prosazují rozvoj fotovoltaiky a poskytují různé finanční pobídky a dotační programy, které umožní rozvoj uhlíkové neutrality a zelené energie. Například USA poskytují 30 % daňovou úlevu na instalaci fotovoltaických panelů na domy a komerční budovy. Výrobci tak hledají způsoby, jak zvýšit účinnost panelů.

Dominanci v produkci solárních panelů drží Čína. Běžné solární panely velmi dobře využívají energii a stále se zvyšuje jejich účinnost. Další možností, která se nyní testuje, je navýšení účinnosti pomocí infračerveného světla. 

Drtivá většina panelů, které vídáme na střechách rodinných domů nebo firem je vyrobena z křemíku. Jeho výhodou je nízká cena a dlouhá životnost. Nová technologie, která spojuje křemík s blízkými infračervenými a červenými vlnami maximalizuje účinnost panelů ve srovnání s dalekými infračervenými vlnami nebo mikrovlnami, které nemají tak dobrou vodivost. Naproti tomu zelené nebo modré fotony obsahují pro křemík příliš mnoho energie. Použití červených a infračervených vln znamená, že křemík lépe vede elektřinu a maximálně využívá fotony, místo aby jimi plýtval.

Přibližně 50 % světla, které dopadá na Zemi, je infračervené světlo, které však obsahuje mnohem méně energie na obyvatele než viditelné světlo. Každou noc ze Země uniká teplo ve formě infračerveného záření, které napomáhá k udržení stálé teploty. Vědci nyní vyvíjejí typ solárního panelu, ve tvaru antény, který dokáže infračervené světlo zachytit. To by znamenalo, že budeme umět zachycovat sluneční energii, která by vyráběla elektrickou energii i v noci.

Plovoucí solární farmy: budoucnost měst a zemědělských oblastí 

Plovoucí solární farmy, známé jako plovoucí fotovoltaické systémy, jsou skupiny solárních panelů instalovaných na vodní hladině. Plovoucí solární farmy lze instalovat na jezerech, nádržích, rybnících, a dokonce i na oceánu. Hlavní výhodou plovoucích solárních farem je úspora místa na souši a využití    vodních ploch. To je důležité zejména v zemědělských oblastech a městech, kde je půda vzácná a omezená. 

Solární farmy však nešetří jen místo, ale mají potenciál být mimořádně prospěšné pro životní prostředí. Podle studie zveřejněné na stránkách Nature.com, kdyby 10 % světových vodních nádrží bylo vybaveno plovoucími solárními panely, mohli bychom vyrobit tolik elektřiny jako všechny světové elektrárny na fosilní paliva. Po celém světě tak vzniká mnoho nových projektů solárních farem. Mezi velké projekty patří například solární farma Heroldsberg v Kalifornii nebo Dezhou Dingzhuang v čínské provincii Šan-tung. 

Světovým tabulkám, co do velikosti, vévodí solární farma, která se nachází severozápadně od města Huainan v provincii Anhui Sang na místě zavaleného a vytopeného dolu. Svou plochou, kterou pokrývá 166 000 solárních panelů patří mezi největší solární farmy na světě. Farma je schopna vyrobit tolik energie, která by pokryla spotřebu velkého města. Stejně jako běžné solární farmy není ani plovoucí solární technologie novinkou a byla již dříve použita v Japonsku, Izraeli a Velké Británii. Vítězem v tomto závodě však stále zůstává Čína. 

Hlavní výhody plovoucích solárních panelů: 

• díky nižší teplotě na vodě se účinnost zvyšuje až o 10 %
• absence prachu a nečistot v okolí způsobuje menší znečištění panelů
• panely lze snadno čistit vodou, která je pod nimi a minimalizuje se tak množství odpadu
• pokud jsou solární panely instalovány na nádrži s pitnou vodou, snižují nežádoucí odpařování
• vodní plochy nejsou tolik využívané jako půda, takže jejich pořizovací náklady jsou nižší 

O nových trendech a technologiích budou také debatovat odborníci a experti na konferenci Smart Energy Forum, která se uskuteční v Praze ve dnech 17. – 18. října 2023.