Není solár jako solár

Po třech letech raketového růstu zasáhlo solární sektor v Evropské unii v roce 2024 výrazné zpomalení.

Na rekordní nárůst investic do tohoto sektoru v Evropské unii neměly v posledních letech vliv ani stoupající náklady na klíčové materiály jakými jsou ocel a polykrystalický křemík. Není žádným tajemstvím, že čínská dominance v oblasti výroby a prodeje komponent fotovoltaických elektráren (FVE) byla dosud extrémní, neboť energetici odhadují, že až 80 procent fotovoltaických panelů bylo do Evropské unie dovezeno z Číny, přičemž zbývající import zpravidla pochází z dalších asijských zemí. Příliv levných fotovoltaických panelů z Číny tak vyvolal rekordní počty instalací, zároveň však likvidoval drtivou většinu výrobců těchto panelů v Evropě.

Fotovoltaické panely jsou sestavovány řetězením jednotlivých článků, kdy dosažitelný proud z fotovoltaického článku je dán aktivní plochou článku a technologií jeho výroby. Důležitou otázkou je zde vždy maximalizace energetické účinnosti a spolehlivosti. V případě do Evropy dovážených fotovoltaických panelů z Číny se však ukázalo, že reálná životnost FVE je zhruba poloviční oproti plánované době, neboť po 10ti letech provozu frekvence závažných poruch prudce stoupá. Jak na to poukazují i naši odborníci, byly demonstrovány příklady delaminace, vytvoření vodivého kanálu mezi elektrodou a uzemněným rámem FV panelů, ale rostl i počet závad střídačů.

Slibnou inovaci v tomto oboru představuje fotovoltaika nové generace, tedy tenkovrstvé solární články (thin film solar cells), zpravidla přezdívané fotovoltaické či solární fólie. Pomocí technologie, která je principiálně shodná s inkoustovou tiskárnou, lze ve výrobních procesech celý systém nanášet na poměrně velké plochy, tedy v širokých a dlouhých pásech tisknout i na ohebné podklady, kde polovodičová vrstva bývá široká jen asi jeden mikrometr. Přičemž účinnost fotovoltaických fólií a jejich životnost díky urychlenému vývoji a přicházejícím inovacím neustále stoupá. Vědecké týmy v případě těchto fólií také pracují na zvýšení účinnosti přeměny solární energie na elektřinu při použití materiálů zvaných perovskity, které mohou absorbovat různé vlnové délky slunečního spektra.

Perovskity jsou jedním z nejslibnějších kandidátů pro fotovoltaiku nové generace, neboť díky svým unikátním vlastnostem konkurují stávající křemíkové technologii. Běžně dostupné křemíkové fotovoltaické panely dnes pracují s efektivitou mezi 16 a 24 procenty, kdy hlavní důvody nižší účinnosti fotovoltaické přeměny jsou zde ztráta fotonů s energií menší, než je šířka zakázaného pásu křemíku (1,1 eV) a termalizace fotogenerovaných nosičů náboje. Kvůli transmisním a tepelným ztrátám je tak využívána pouze část spektra slunečního svitu. Účinnost perovskitových slunečních článků díky intenzivnímu výzkumu během pouhých pěti let vyskočila z 6% na 27%, kdy při vylepšení s více uzly by mohly dle expertů dosahovat až 45%. A ačkoliv v současnosti přesahují hranici 25% (v laboratorních podmínkách 30%), je nutné u těchto materiálů, které mohou absorbovat i jiné vlnové délky světla, ve výzkumu pokračovat.

Inovativní přístup k přeměně sluneční energie v elektrickou, kterému se v poslední době, jako i v jiných případech, zdála dominovat Čína, otevřel společnosti Power Roll z Velké Británie cestu k zahájení výroby lehkých, flexibilních solárních fólií, které lze použít nejen na střechy domů, ale i na jejich fasády, či jiné netradiční povrchy, což snižuje zábor půdy pro FVE. Na jejich nízkonákladovou výrobu se nepoužívají TCO (Transparent Conductive Oxide), tedy transparentní vodivé oxidy, drahá součást tradičních solárů. Mají tak vysoký potenciál pro výrobu elektrické energie s nižšími náklady a větší efektivitou ve srovnání s klasickými solárními panely založenými na křemíku. Základní informace o tomto systému zvídavým čtenářům poskytne video, u kterého je možné si na YouTube nastavit české titulky:

https://www.youtube.com/watch?v=Mj1zA0XDlyU

Původní myšlenkou zde bylo kombinovat mikrodrážky s procesem vakuového potahování, jaký se používá při balení potravin, což by vytvořilo lehkou fólii pro řadu elektronických aplikací, včetně fotovoltaických (PV) solárních modulů. Lehká fólie řeší vysokou hmotnost a nedostatek flexibility, hlavní omezení tradičních solárních panelů. Aby pak snížili velké množství minerálů vzácných zemin, používaných v tradičním solárním systému, rozhodli se ve společnosti Power Roll pracovat s perovskity při pohlcování a přeměně slunečního záření v článku na energii. K tomu všemu ale potřebovali levnější způsob výroby, pročež nakonec zvolili v průmyslu zavedený proces roll-to-roll. Jejich solární panely (fólie), vyrobené z běžně dostupných materiálů, kde mikroškálové buňky mají šířku pouhé 1/50 šířky lidského vlasu, jsou tak lehké a flexibilní. Buněčná architektura pak znamená, že poškození jedné části modulu nemá vliv na celkový výkon, což je běžný problém u tradičních solárních panelů, ale moduly jsou také méně ovlivněny stínem nebo slabým světlem.

Zde však jde o něco úplně jiného, než u vyvíjené senzibilizace solárních panelů pro dosažení fotosenzitivního sběru světla. Některá barviva mají kumulativní absorpční vlastnosti, takže jejich absorpční spektra překrývají spektrální oblast, a můžou tak koncentrovat sluneční záření na fotovoltaický článek. I když samy elektřinu nevyrábějí, jejich výhoda je v tom, že nepotřebují přímé sluneční světlo a jsou ideální pro oblasti se světlem rozptýleným, což by mohlo snížit potřebu instalace dalších panelů. Ovšem problém spočívá v tom, že tyto koncentrátory můžou snížit celkovou účinnost samotného fotovoltaického článku.

Jinak řečeno, společnost Power Roll začala ve Spojeném království vyrábět typ perovskitového solárního článku, založeného na drážkách o šířce 1,5 μm, které jsou vyraženy do plastové fólie, jejíž protilehlé „stěny“ jsou selektivně vybaveny kontakty, přičemž roztok je nanesen do drážek, čímž se vytvoří jednotlivá fotovoltaická zařízení. Takzvaný fotoaktivní inkoust je do mikrodrážek nanášen pomocí tisku a solární systém je chráněn horní i spodní bariérou zapouzdřovací fólie. Každé drážkové zařízení je sériově propojeno se svými sousedy, čímž vznikají minimoduly sestávající ze stovek spojených drážek. Při výrobě na bázi drážek a potahování štěrbin k ukládání prekurzoru perovskitu, se využívá škálovatelná technologie, splňující požadavky na výkonnou a nízkonákladovou výrobu.

A tak se ve Spojeném království poblíž Durhamu rozeběhla pilotní výrobní linka společnosti Power Roll. Kdy jednání s licenčními partnery mají umožnit rozšíření výroby jejich solárního systému i do jiných států. Přičemž slovutná Evropská komise, jak už to tak v EU chodí, zde zaujala pozici mrtvého brouka.

Perovskitový solární článek na snímku americké Národní laboratoře pro obnovitelné zdroje energie. Perovskitové fotovoltaické články jsou dnes vyráběny pomocí nízkoteplotních procesů s potenciálem pro tisk aktivních vrstev na bázi inkoustu. To umožňuje integrovanější výrobu, zahrnující méně nákladných procesních kroků a nižší kapitálové výdaje. Zdroj: Jako dílo federální vlády USA je obrázek ve veřejné doméně. Wikimedia Commons, Public domain.

ODKAZY NA PŮVODNÍ ZDROJE

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.4c02734

https://www.powerroll.solar/technology

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X23003080

https://www.optixs.cz/studium-vlastnosti-perovskitu

https://www.osel.cz/13948-power-roll-vyvijeji-levny-a-prakticky-solarni-film-ktery-generuje-elektrinu-kdekoliv.html

https://www.energy.gov/eere/solar/perovskite-solar-cells

https://ekolist.cz/cz/publicistika/priroda/zivotnost-fotovoltaickych-elektraren-je-kratsi-nez-se-predpokladalo#google_vignette

https://www.youtube.com/watch?v=XAFzRFth1lE