W ostatnich latach energia pochodząca z paneli fotowoltaicznych staje się coraz bardziej popularna. Wzrastająca świadomość klimatyczna, łatwość przeprowadzenia tego typu inwestycji na własnej posiadłości, spadające ceny paneli oraz możliwość uniezależnienia się od cen prądu sprawiło, że w 2018 roku fotowoltaika była trzecim pod względem wyprodukowanej energii źródłem pochodzącym z OZE (odnawialnych źródeł energii).
9 proc. energii pochodziło wtedy właśnie z promieniowania słonecznego. Na pierwszej pozycji znalazła się energia grawitacyjna wody z udziałem
63 proc., a na drugiej energia wiatru powstająca na lądzie i morzu, odpowiedzialna za 19 proc. wyprodukowanej odnawialnej energii na świecie. Według Szefa resortu klimatu, w Polsce fotowoltaika jest najszybciej rozwijającym się sektorem OZE. Projekt “Polityki energetycznej Polski do 2040 r.”[1] głosi, że zainteresowanie tego typu sposobem pozyskiwania energii będzie stale rosnąć osiągając w kraju 10-16 GW mocy zainstalowanej
w 2040 roku.

Do tej pory do tworzenia paneli używano takich materiałów przewodzących jak: krzem, german i selen. Wraz ze wzrostem zainteresowania fotowoltaiką rośnie również zaangażowanie inżynierów, którzy chcą uczynić ten sektor jeszcze bardziej efektywnym przez uwzględnienie nowych materiałów.

Działanie paneli fotowoltaicznych

Panele fotowoltaiczne tworzone są z ogniw fotowoltaicznych, które w celu zwiększenia wytwarzanej energii łączone są w moduły. Ogniwa pod wpływem promieni słonecznych oraz temperatury przewodzą energię do inwertera, którego zadaniem jest przetworzenie napięcia ze stałego na przemienne, którego parametry odpowiadają tym znajdującym się w domowych sieciach elektrycznych. Ogniwa zbudowane są z półprzewodników, czyli materiałów, które powinny cechować się jak najwyższą efektywnością przetwarzania energii pochodzącej ze słońca w energię elektryczną.

Nowa era półprzewodników

Do tej pory wśród używanych w fotowoltaice półprzewodników przeważa krzem w różnych postaciach. Panele z krzemu monokrystalicznego charakteryzują się najwyższą sprawnością modułu na poziomie 15-19 proc. Oznacza to, że taki procent energii słonecznej padającej na 1m² ogniw fotowoltaicznych, zostanie zamieniony na energię elektryczną. Ostatnimi laty zaczęło się jednak mówić o minerale, który mógłby ulepszyć jakość paneli oraz zrewolucjonizować sposób w jaki pozyskiwana jest energia. Mowa o perowskitach hybrydowych wytwarzanych w laboratoriach, które poprzez nadanie im odpowiedniej struktury zyskują możliwość przewodzenia prądu. Według najnowszych testów, panele składające się z warstwy tego minerału oraz warstwy krzemu, są w stanie osiągnąć sprawność nawet na poziomie 30 proc. Oprócz “tandemowego” wykorzystywania perowskitów wraz z krzemem, warstwę tego minerału można wykorzystywać samoistnie. Ich kolejną zaletą jest maksymalnie zminimalizowana grubość, elastyczność, lekkość, transparentność, cena oraz wydajność przy niepełnym naświetleniu. Jedynym znanym do tej pory minusem nowego wynalazku jest szybka degradacja pod wpływem warunków zewnętrznych, jednak według naukowców problem ten można rozwiązać z wykorzystaniem dodatkowej warstwy grafenu. Jest to struktura składająca się z atomów węgla, będąca bardzo dobrym przewodnikiem ciepła oraz elektryczności. Grafen jest również cienki i elastyczny. Jego cechy zostały już dostrzeżone przez kilka firm, które zaczęły tworzyć panele krzemowe z warstwą grafenu.

Produkty z perowskitu już w tym roku

Jeden z producentów z działu fotowoltaiki, oznajmił, że w 2021 roku rozpocznie sprzedaż paneli składających się z krzemu i perowskitu.
Oczekują oni, że ostatecznie ich produkt będzie w stanie osiągnąć sprawność na poziomie aż 40 proc. Inna spółka produkująca innowacyjne panele skupia się na wykorzystywaniu jedynie perowskitów, bez łączenia ich z innymi materiałami. Firma zajmuje się drukowaniem folii przewodzących energię, które mogą być dopasowywane do określonych powierzchni. Dotychczas były one wykorzystywane w kalkulatorach, zegarkach czy lampach zasilanych energią słoneczną. Rozwiązanie może być stosowane znacznie szerzej. Folię można umieścić na każdy wybrany produkt czy powierzchnię, rozpoczynając od smartfonów a kończąc na wieżowcach. Wynalazek ten był już testowany na dużych powierzchniach, gdy w 2018 roku perowskity pokryły dom jednorodzinny. Produkt był wtedy w stanie wygenerować więcej prądu niż średnie roczne zapotrzebowanie czteroosobowej rodziny,
co oznacza, że wynalazek jest w stanie zapewnić budynkom samowystarczalność energetyczną. Produktem, który aktualnie jest testowany
są automatyczne fotowoltaiczne żaluzje, które mogą być dostosowane do potrzeb odbiorcy poprzez wybór materiału, rozmiaru, koloru oraz kształtu.

Miasta przyszłości

Możliwość dostosowania perowskitów do wielu powierzchni daje nieskończone możliwości rozwoju OZE. Jedną z najciekawszych
wizji są energetycznie samowystarczalne miasta. Panele fotowoltaiczne mogłyby zostać umieszczone na ścianach budynków, samochodach czy parkingach. Krok w tę stronę zdecydowało się zrobić miasto Piastów w województwie Mazowieckim. Miasto weszło we współpracę,
która ma skutkować przekształceniem centrum w obszar czerpiący energię z modułów fotowoltaicznych stworzonych z perowskitów. Panele pozwolą na uruchomienie elektrycznych autobusów, stacji ładowania pojazdów elektrycznych, parkingów z zadaszeniem z paneli oraz pokrycie folią przewodzącą energię budynków.

Dynamiczny rozwój paneli fotowoltaicznych wykorzystujących perowskity ma miejsce dopiero od kilku lat, dlatego moment w którym ten wynalazek będzie w stanie zasilić całe miasta jest z pewnością odległy. Mimo to już teraz można obserwować, że ta technologia skupia uwagę coraz większej liczby inwestorów oraz osób gotowych do implementacji jej we własnych działalnościach. Póki co trzeba pamiętać o względnie niskiej odporności paneli na czynniki zewnętrzne i zwracać uwagę by były one pokryte dodatkową warstwą grafenu. Niemniej w przyszłości możemy spodziewać
się rozwoju tego nowego działu fotowoltaiki i większej komercjalizacji perowskitów.

[1] Polityka energetyczna Polski do 2040 r. https://www.gov.pl/web/klimat/polityka-energetyczna-polski  [dostęp: 2021-04-29]