W dobie narastających problemów związanych z kryzysem klimatycznym rośnie zapotrzebowanie na zieloną energię. Zgodnie z założeniami unijnych celów klimatyczno-energetycznych do końca 2020 roku udział OZE w produkcji energii elektrycznej w Unii Europejskiej powinien wynieść 20 proc., a do 2030 roku odsetek ten powinien wzrosnąć do 32 proc. W realizacji tych celów może pomóc wdrożenie paneli fotowoltaicznych nowej generacji o zwiększonej wydajności.
– Stoimy przed katastrofą związaną z dużym skażeniem środowiska, z globalnym ociepleniem, grozi to m.in. dużymi zmianami klimatycznymi. W dalszym ciągu w zdecydowanej mierze korzystamy z nieodnawialnych źródeł energii, a one są jednak skończone. W związku z tym, że posiadamy dostęp do źródła nieograniczonego, jakim jest słońce, w dużej mierze koncentrujemy się na tym, aby skonstruować ogniwo fotowoltaiczne, które będzie przystępne cenowo i umożliwi nam zbieranie tego światła wydajniej – mówi agencji informacyjnej Newseria Innowacje Monika Ożga z firmy Green House.
Potencjał energii elektrycznej pozyskiwanej za pośrednictwem paneli słonecznych doceniła firma Tesla, która opracowała pokrycie dachowe ze zintegrowaną powłoką fotowoltaiczną. Hybrydowe dachówki Tesli pozwalają znacząco zminimalizować ilość energii elektrycznej pozyskiwanej z sieci, a co za tym idzie – zmniejszyć ślad węglowy gospodarstwa domowego. W upowszechnieniu tej technologii pomaga program subskrypcyjny umożliwiający wynajęcie instalacji fotowoltaicznej w ramach niskiego miesięcznego abonamentu, co zauważalnie redukuje koszt przejścia z energii nieodnawialnej na odnawialną.
Z kolei inżynierowie Green House postanowili upowszechnić panele fotowoltaiczne poprzez zredukowanie kosztu ich wytworzenia oraz wpływu procesu produkcyjnego na środowisko. W tym celu sięgnięto po technologię osadzania warstw atomowych oraz metodę hydrotermalną, które umożliwiły skonstruowanie plenarnie płaskich paneli składających się z nanosłupków tlenku cynku. Firma nie wykorzystuje w procesie wytwarzania nanostruktur szkodliwych substancji, a sam proces produkcji paneli fotowoltaicznych jest szybszy, tańszy i prostszy niż proces wytwarzania paneli krzemowych.
– Największy udział na rynku fotowoltaicznym mają ogniwa krzemowe, które osiągają zdecydowanie wyższe wydajności. Nasze wydajności są trochę niższe, aczkolwiek dużo bardziej opłacalne pod kątem produkcji. Dzięki zastosowaniu nanosłupków jesteśmy w stanie lepiej zbierać promieniowanie pod różnymi kątami, więc to już nie musi być powierzchnia centralnie skierowana ku słońcu – tłumaczy ekspertka.
Szeroko zakrojone eksperymenty z usprawnieniem paneli słonecznych prowadzą także specjaliści od procesów uczenia maszynowego. Naukowcy z University of Central Florida wykorzystali algorytmy sztucznej inteligencji aby zidentyfikować najbardziej obiecujące pierwiastki oraz związki chemiczne, które mogłyby zostać użyte do stworzenia paneli o wyższej wydajności. Z technologii tej skorzystały również zespoły badaczy z Chongqing University, North China University of Science and Technology oraz Chinese Academy of Sciences, które pracują nad wykorzystaniem polimerów organicznych do wytworzenia paneli. Sztuczna inteligencja ma przyspieszyć prace nad przeanalizowaniem efektywności ponad 1700 materiałów, które mogłyby zostać wykorzystane do ich produkcji.
Obiecujące badania prowadzą także badacze z University of California, którzy opisali innowacyjne panele zdolne do wytwarzania energii elektrycznej w trakcie nocy. System zwany Anti-solar cell bazowałby na technologii paneli termoradiacyjnych wykorzystujących materiał zdolny do pochłaniania ekstremalnie długich fal świetlnych. Teoretyczna wydajność tej technologii powinna być równa 25 proc. wydajności klasycznych paneli krzemowych.
Spore nadzieje pokłada się także w panelach wykonanych z perowskitu. Inżynierom Panasonica udało się wykorzystać ten materiał do stworzenia ultracienkich paneli słonecznych o efektywności 16,09 proc., które można wykorzystać tam, gdzie nie sprawdzą się klasyczne instalacje fotowoltaiczne ze względu na swój ciężar. Powłoka opracowana przez Panasonica ma zaledwie 2 mm grubości i wykonano ją metodą powlekania.
– Ogniwa fotowoltaiczne mogą być stosowane na dowolnej powierzchni, mogą to być dachy, mogą to być ściany budynków. Nasze rozwiązanie pokazało, że górna elektroda rozbudowana poprzez zastosowanie nanosłupków tlenku cynku może być również stosowana w diodach czy w pokryciach okien, dzięki czemu będą one bardziej energooszczędne, wyeliminują problem uciekania ciepła i pozwolą zaoszczędzić na energii używanej do ogrzewania bądź chłodzenia – wyjaśnia Monika Ożga.
Według analityków Allied Market Research wartość rynku paneli fotowoltaicznych w 2026 roku wyniesie 223,3 mld dol. i wykaże średnioroczny wskaźnik wzrostu na poziomie 20,5 proc.