Fotowoltaika schodzi z dachu. MIT opracowało ultracienkie i lekkie ogniwa słoneczne, które mogą zamienić dowolną powierzchnię w źródło energii. Co więcej, są w stanie wyprodukować choćby 18 razy więcej energii niż konwencjonalne panele PV. Jak to możliwe?
Ogniwa słoneczne cieńsze od ludzkiego włosa
Po kilku latach badań inżynierowie Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali ultracienkie, elastyczne i lekkie ogniwa słoneczne. Są one drukowane na tkaninie, którą można przykleić do dowolnej powierzchni. Jak to możliwe?
Tradycyjne krzemowe ogniwa słoneczne są kruche, co wymaga zamknięcia ich w solidnej ramie. o ile powstałe panele mają być elastyczne i cienkie, zmianie musi ulec proces produkcyjny. Zamiast konwencjonalnych metod, inżynierowie MIT skupili się na drukowaniu nanomateriałów pod postacią atramentów elektronicznych.
Ultracienkie ogniwa słoneczne ważą choćby 100 razy mniej niż panele PV. Źródło: Melanie Gonick, MITNajpierw naukowcy pokrywają strukturę ogniwa dzięki powlekarki szczelinowej, która osadza warstwy materiałów na przygotowanej powierzchni o grubości zaledwie 3 mikronów. Następnie dzięki sitodruku osadzają elektrodę na gotowej strukturze, aby uzupełnić moduł słoneczny. Kolejno naukowcy mogą następnie oderwać wydrukowany moduł o grubości około 15 mikronów – to mniej niż ludzki włos!
Tak cienkie moduły mogłyby łatwo się rozerwać, dlatego ogniwa drukowane są na specjalnej tkaninie, która przy stosunkowo niewielkiej wadze zachowuje wyjątkową wytrzymałość i elastyczność. Te same włókna, do których przyklejone są moduły, służa do produkcji lin, dzięki których podnosi się zatopione statki.
18 razy więcej energii
Ultracienkie ogniwa słoneczne nie zawodzą też pod względem produkcji energii. Pomimo bardzo cienkiej struktury tkanina solarna jest w stanie generować choćby 18 razy więcej energii niż konwencjonalne panele PV. Naukowcy z MIT twierdzą, iż po umieszczeniu ogniwa na materiale jest ono w stanie wytworzyć aż 370 watów na kg, natomiast gdy jest wolnostojące jego możliwości zwiększają się do 730 watów na kg.
Typowa dachowa instalacja słoneczna w Massachusetts ma około 8000 watów. Aby wygenerować taką samą ilość energii, nasza fotowoltaika tkaninowa dodałaby tylko około 20 kilogramów do dachu domu – wyjaśnił Mayuran Saravanapavanantham, jeden ze współautorów projektu.
Przetestowano również trwałość modułów. Jak się okazało po zwinięciu i rozwinięciu paneli słonecznych z tkaniny 500 razy, ogniwa przez cały czas zachowały ponad 90 procent swoich początkowych zdolności wytwarzania energii.
Ogniwa do przyklejenia
Chociaż do tej pory z różnych laboratoriów wychodziły projekty cienkich ogniw słonecznych, kilka z nich miało szansę na skomercjalizowanie. Naukowcy MIT postawili sobie za cel przekroczenie tych ograniczeń. Drukowane na tkaninie moduły są bardzo łatwe w zainstalowaniu na różnych powierzchniach. Na przykład można je zintegrować z żaglami łodzi, aby zapewnić zasilanie na morzu, przykleić do namiotów i plandek, które są rozmieszczone w operacjach odzyskiwania po awarii, lub zastosować na skrzydłach dronów, aby zwiększyć ich zasięg lotu.
Wskaźniki wykorzystywane do oceny nowej technologii ogniw słonecznych są zwykle ograniczone do ich wydajności konwersji energii i kosztu w dolarach na wat. Równie ważna jest integralność – łatwość, z jaką można dostosować nową technologię. Lekkie tkaniny słoneczne są możliwe do zintegrowania, dając impuls do obecnych prac – podkreśla Vladimir Bulović, główny autor nowego projektu.
Jednak zanim tkaniny solarne staną się popularne, inżynierowie muszą znaleźć sposób, aby ochronić moduły przed warunkami atmosferycznymi, które mogą obniżyć ich wydajność.
Innym źródłem elastycznych ogniw PV nowej generacji są perowskity, rozwijane m.in. przez polską firmę Saule Technologies.
Perowskity polskiej naukowczyni
Perowskity metalohalogenkowe w ostatniej dekadzie pojawiły się jako nowa klasa materiałów do wysoce wydajnych ogniw słonecznych, ze sprawnością konwersji energii sięgającą 25,7%. W warunkach wewnętrznych Saule Technologies osiągnęło konwersję mocy na imponującym poziomie 31%.
Inną istotną zaletą tych materiałów jest możliwość osadzania ich cienkich warstw. Umożliwia to opłacalną produkcję na elastycznych podłożach polimerowych. Szacuje się, iż do 2030 roku perowskitowa technologia słoneczna przekroczy 29% światowego rynku fotowoltaicznego.
Zastosowanie folii z tworzyw sztucznych otwiera szereg możliwości związanych z małą wagą i możliwością integracji perowskitów z różnymi powierzchniami. To co odróżnia perowskity od innych technologii fotowoltaicznych to fakt, iż oferują one możliwość wysokiego poziomu dostosowania produktu do potrzeb klienta. Przykładowe zastosowania perowskitów to m.in.: łamacze światła w sklepach Żabka oraz perowskitowe cenniki na stacjach benzynowych Orlen.
- Czytaj dalej: Perowskity. Polska firma przedstawia możliwości zastosowania fotowoltaiki nowej generacji.
Źródła i fot. główna: news.mit.edu
