Panele słoneczne występują od lat w przemyśle i służą z powodzeniem do różnych zastosowań. Ich cena jednak jest kosmicznie wysoka (tym bardziej jak na polskie warunki). Do tego polityka pozyskiwania energii odnawialnej wciąż kuleje i nie zachęca do przechodzenia na alternatywne metody produkcji prądu. Dlatego też panele słoneczne wciąż są w Polsce raczej rzadkością: eksperymentem dla ludzi, których stać na ekstrawagancję i nowoczesność. Próżno szukać tej technologii w codziennym życiu — a przecież wszyscy chcielibyśmy móc pobierać energię „z niczego”.
Panele słoneczne (fotowoltaiczne): typy
Wyobraźmy sobie przyszłość, w której Ziema byłaby jednym, wielkim ogniwem fotowoltaicznym. Przyszłość, w której pobieramy energię słoneczną z każdego zakątka planety z maksymalną wydajnością. Chociaż niestety wciąż brzmi to jak sci-fiction, powstają ciągle nowe propozycje paneli słonecznych, które mogłyby w niedługim czasie pokryć cały świat. I mowa tutaj nie tylko o zwykłych panelach, które można zauważyć na dachach niektórych domów. Ubrania, ściany domów, okna, samochody i wiele innych wytworów wyobraźni człowieka mogłyby posłużyć za minielektrownie. Potrzeba „tylko” odpowiednich materiałów, masy pieniędzy na badania i jeszcze więcej pieniędzy, by opatentowaną technologię wprowadzić na rynek.
Zobacz też: Biopaliwo w 2025 roku stanie się rentowne
Obecnie mamy jedynie trzy typy paneli fotowoltaicznych. Panele pierwszej, drugiej i trzeciej generacji. Z czego z powodzeniem wciąż stosuje się raczej jedynie pierwsze dwie. To najbardziej rozpowszechnione typy paneli, stosowane w przemyśle oraz elektrowniach słonecznych. Chociaż wydaje się, że kolejne generacje naturalnie powinny wypierać swoje starsze odpowiedniki, w przypadku paneli słonecznych sytuacja wcale nie jest taka prosta. Kolejne generacje są co prawda tańsze, jednak często nie dorównują wcześniejszym pod względem wydajności (sprawności), z jaką konwertują promienie świetle w energię elektryczną.
Panele słoneczne I generacji
Zbudowane z krzemu. Najbardziej rozpowszechnione, głównie ze względu na rozwiniętą technologię krzemową i wysoki wskaźnik przetwarzania na energię elektryczną (nawet powyżej 20%). Ich brak powszechności w codziennym zastosowaniu bierze się tylko przez wzgląd na ich cenę. Każdy porządny panel słoneczny tej generacji o rozmiarach potrzebnych do osiągnięcia efektywnych rezultatów to koszt od parędziesięciu do paruset tysięcy złotych.
Niestety nie ma możliwości, aby panele słoneczne I generacji zagościły kiedykolwiek na stałe w tym interesie. Obecnie podejmowane są kroki, aby zastępować technologię krzemową bardziej wydajnymi rozwiązaniami. Dopóki jednak inne materiały i surowce potrzebne do budowy paneli fotowoltaicznych pozostaną w fazie testów, dopóty wciąż jedynymi funkcjonującymi na dobrym poziomie panelami pozostaną te drogie, krzemowe, pierwszej generacji.
Panele słoneczne II generacji
Panele pierwszej generacji są nazywane mono- lub polikrystalicznymi. Wynika to z ich jednolitej struktury zbudowanej z bryły lub brył krzemowych. W przypadku paneli kolejnej generacji poszukiwano czegoś, co mogłoby obniżyć koszty produkcji. Najtańszym surowcem opartym dalej na technologii krzemowej okazał się krzem amorficzny. To niewykrystalizowana forma krzemu, o bardzo niewielkiej grubości. Taką niewielką warstwę nanosi się na szło lub stal — i gotowe. Niestety, pomimo sukcesu w przypadku ceny, zmalała też sprawność tych paneli. Osiągnięcie 10% przy stosunkowo sprzyjających warunkach pogodowych jest już całkiem sporym osiągnięciem.
Ogniwa fotowoltaiczne III generacji
Nadzieją wydają się panele słoneczne, które porzuciły technologie krzemowe na rzecz innych rozwiązań. W przypadku III generacji mowa najczęściej o próbie naśladowania procesów chemicznych natury. Konstruktorzy takich ogniw starali się odtworzyć na przykład fotosyntezę roślin i wykorzystać ich miliony lat rozwoju do produkcji ogniw fotowoltaicznych.
Zobacz też: Fosforen ma szansę zastąpić Grafen
Ogniwa tej generacji nie są dostępne szerzej w zakupie, chociaż można sporządzić ich domowe wersje, za nieduże pieniądze. Takie panele wykorzystują nowoczesne półprzewodniki, na przykład w postaci szkieł przewodzących prąd (jak te stosowane w ekranach dotykowych). Pomiędzy nimi umieszczona jest ciecz, która ma właściwości pochłaniania światła i generowania z niego prądu elektrycznego. Co zabawne, takie cechy wykazuje na przykład sok z jeżyn.
Zanim jednak panele trzeciej generacji uzyskają sprawność paneli pierwszej generacji, może minąć jeszcze wiele lat. Niestety, na bazie soku z jeżyn nie osiągniemy 30% efektywności, a może co najwyżej 3%. Chociaż naukowcy czynią kolejne kroki, by panele były tańsze, wciąż trudno mówić o sprawności porównywalnej do ogniw krzemowych.
Polski wkład w rozwój paneli słonecznych
Polscy naukowcy są stale obecni podczas odkrywania kolejnych tworzyw, nadających się do zaimplementowania w panelach trzeciej generacji. Jednym z najciekawszych, polskich projektów jest wykorzystanie tzw. perowskitów, czyli grupy minerałów występujących na przykład w polskich jaskiniach.
Zobacz też: Koniec polskiego snu o technologii grafenowej
Ich wstępne badania pokazały, że mogłyby z powodzeniem zastąpić krzem. A co więcej — są elastyczne i tanie w pozyskiwaniu.
Wyobraźmy sobie, że energię elektryczną będzie mogła produkować np. naklejka przyklejona na szybę. Nasz cel jest taki, aby nie tylko mówić o perowskicie, ale też zrobić ten perowskit. Chcę pokazać, że również w Polsce jesteśmy w stanie stworzyć nowe rzeczy, być w głównym naukowym nurcie.
dr Olga Malinkiewicz, Uniwersytet w Walencji, chronmyklimat.pl
Technologia paneli słonecznych na bazie perowskitów posiada polski patent dr Olgi Malinkiewicz. Polska podpisała także umowę współpracy z Japonią, przy badaniach i produkcji takich paneli. Gdyby udało się poczynić odpowiednie kroki w rozwoju takich paneli, być może mowa byłaby nawet nie o trzeciej, a o czwartej generacji. Do tej pory każda kolejna generacja obniżała koszty produkcji, nie dając w zamian oczekiwanej efektywności. Gdyby udało się wreszcie stworzyć panel tani i wydajny, wkrótce moglibyśmy wykorzystywać energię słoneczną w każdej, dowolnej chwili z naszego dnia.
A i planecie oddychałoby się trochę łatwiej.