Naukowcy od kilku lat pracują nad stworzeniem przezroczystych paneli fotowoltaicznych, które pozwolą jednocześnie przepuszczać światło widzialne oraz pobierać energię z promieni słonecznych. Jednym z prekursorów tej technologii jest polska firma. Opracowane przez nią panele z wykorzystaniem kropek kwantowych są całkowicie przezierne, szczelne termicznie i mogą filtrować szkodliwe promieniowanie UV, jednocześnie dostarczając prąd. Zamontowane na oknach domów i wieżowców, mogłyby zasilić energią całe miasta.
– Rewolucję stanowi powłoka z kropek kwantowych, którą stworzyliśmy na szybach. Zamierzamy ją wdrożyć na masową skalę w ciągu dwóch lat. To jest produkt, dzięki któremu nie ma powodu do stosowania normalnych, tradycyjnych szyb budowlanych – powiedział w rozmowie z agencją informacyjną Newseria Innowacje Dawid Cycoń, prezes zarządu ML System podczas wydarzenia inaugurującego kampanię „Podkarpackie. Wyższy Poziom Innowacji”.
Kropki kwantowe
Kropki kwantowe to miniaturowe (wielkości rzędu kilku nanometrów), niewidzialne gołym okiem kryształki, które emitują światło o innej długości fali, niż absorbują. Szacuje się, że dzięki wykorzystaniu organicznych kropek kwantowych w przyszłości uda się stworzyć panele fotowoltaiczne o efektywności rzędu 5 proc., wystarczającej, aby rozpocząć masową produkcje transparentnych paneli na użytek komercyjny.
– Jeżeli dostajemy cechę i funkcję w postaci zatrzymania ciepła wpadającego do budynku i to ciepło zamieniamy na prąd, a nie odbijamy tak jak tradycyjne szyby budowlane, to dostajemy produkt, dla którego produkty alternatywne nie mają sensu zastosowania – twierdzi Dawid Cycoń.
Największym problemem, z jakim muszą zmagać się projektanci przezroczystych paneli fotowoltaicznych, jest opracowanie takiego materiału, który przepuszczałby jak najwięcej światła słonecznego, jednocześnie wykazując dużą sprawność energetyczną. Naukowcy z Michigan State University już w 2014 roku opracowali przezroczyste tworzywo pokryte cienką warstwą cząsteczek organicznych. Dzięki nim tafla szkła była zdolna do absorpcji promieniowania podczerwonego oraz ultrafioletowego przy jednoczesnym przepuszczaniu światła widzialnego. Efektywność energetyczna takiego rozwiązania jest zbyt niska, aby opłacało się wdrożyć je do masowej produkcji.
Z kolei naukowcy z National Renewable Energy Laboratory opracowali materiał fotowoltaiczny, który zachowuje się tak jak szkła fotochromatyczne w okularach, zmieniając swoją przezroczystość w zależności od natężenia światła. Kiedy jest go zbyt mało i budynek potrzebuje doświetlenia, materiał przepuszcza 68 proc. promieni słonecznych, pobierając niewiele energii. Za to w gorący dzień panel przyciemnia się, absorbując znacznie więcej energii. Dzięki takiemu rozwiązaniu prototypowe modele termochromatycznych paneli wykazały efektywność energetyczną na poziomie 11,3 proc.
Na rynkowy debiut przezroczystych paneli słonecznych trzeba jednak jeszcze zaczekać.
– Dzisiaj mówimy o technologiach laboratoryjnych, nie o masowej produkcji. Otrzymaliśmy kapitał na wdrożenie technologii, ale zrobienie tego na masową skalę będzie trwało dwa lata. Technologię tworzyliśmy 5–6 lat, wydając kilkanaście milionów złotych, więc trzeba mieć świadomość, że technologia musi mieć swój czas utworzenia, wytworzenia, a później cyklu życia produktu – tłumaczy ekspert.
Mimo stosunkowo niskiej efektywności energetycznej transparentne panele fotowoltaiczne mogą się okazać dobrą alternatywą dla energii pozyskiwanej za pośrednictwem paliw kopalnych. W przeciwieństwie do klasycznych paneli można stosować je na znacznie szerszą skalę. Sprawdzą się zarówno w szybach okien mieszkalnych, jak i w wielkich, szklanych biurowcach.
Według wyliczeń przeprowadzonych przez naukowców z Michigan State University w samych tylko Stanach Zjednoczonych jest od 5 do 7 mld metrów kwadratowych szklanych powierzchni. Gdyby wszystkie pokryto fotowoltaiczną powłoką z nanocząsteczek, wygenerowałyby blisko 40 proc. zapotrzebowania na energię elektryczną w USA. W połączeniu z klasycznymi panelami montowanymi na dachach domów mogłyby niemal całkowicie uniezależnić kraj od energii pochodzącej z paliw kopalnych.
– Wszystkie paliwa kopalne kiedyś zostaną odłożone na półkę. Oczywiście w miarę zużywania tych paliw ich cena będzie rosła. Mamy technologie, które w miarę popularyzacji tanieją, w związku z tym ta krzywa w którymś momencie się przecina i w pewnym momencie brak opłacalności paliw kopalnych spowoduje, że zostaną wyeliminowane – podsumowuje Dawid Cycoń.
Analitycy Research and Markets wyliczyli, że wartość rynku paneli fotowoltaicznych do 2023 roku przekroczy wartość 390 mld dol. przy średniorocznym tempie wzrostu na poziomie 11 proc.