Elastyczne panele fotowoltaiczne – co warto o nich wiedzieć?

Mówienie, że epoka klasycznych krzemowych paneli fotowoltaicznych powoli dobiega końca nie ma odzwierciedlenia w praktyce życia codziennego, warto jednak zdawać sobie sprawę, że naukowcy wiele czasu i energii poświęcają poszukiwaniu nowych rozwiązań technicznych, które sprawiałyby, że panele PV byłyby łatwiejsze w montażu i mogłyby być montowane naprawdę wszędzie. 

Elastyczne ogniwo solarne: krótka historia ważnych odkryć

Historia ważnych odkryć związanych z elastycznymi panelami fotowoltaicznymi sięga już kilka ładnych lat wstecz.

Technologia CIGS

W roku 2012 Amerykanie stworzyli elastyczne panele fotowoltaiczne w technologii CIGS  (ang. Copper Indium Gallium Selenide – miedź, ind, gal, selen), których sprawność waha się w granicach 12-14%. Kilka miesięcy po Amerykanach o swoich pracach poinformowali Niemcy: Instytut Frauenhofera potwierdził, że panele CIGS niemieckiego producenta mają efektywność na poziomie 17,4%, jednak wynik ten osiągnięto w warunkach laboratoryjnych, a maksymalna wydajność paneli CIGS wciąż sięgała ok. 14%.

Folia fotowoltaiczna

Rok później badacze z Melbourne z Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) z powodzeniem stworzyli największe i najbardziej elastyczne ogniwa słoneczne w Australii przy pomocy tzw. drukarki 3D. Elastyczna folia pokryta ogniwami fotowoltaicznymi w niczym nie przypominała znanych nam dobrze sztywnych i kruchych płytek krzemowych.

Wydobywający się z drukarki pasek folii przywodził raczej na myśl tkaninę, którą łatwo zwinąć w belę, a potem ciąć na dowolnych rozmiarów kawałki. Rzeczywiście folię fotowoltaiczną łatwo pokawałkować, a pojedynczy kawałek wyglądem zbliżony jest do kliszy, na której utrwala się obraz RTG. 

Wprowadzenie opisanych rozwiązań na rynek wciąż napotyka trudności, z uwagi na fakt, że sprawność organicznych ogniw jest około 10 razy niższa niż w przypadku tradycyjnych, krzemowych ogniw PV, ale na niektóre technologie są już popularne.

Ogniwa z krzemu amorficznego

Cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne, określane mianem ogniw drugiej generacji, to nie tylko ogniwa CIGS czy CdTe (ogniwa z tellurku kadmu, który zawiera znaczące ilości toksycznego kadmu), ale także ogniwa z krzemu amorficznego. Ogniwa amorficzne są lekkie i elastyczne, a najczęściej wykorzystuje się je w systemach fotowoltaicznych zintegrowanych z budownictwem, czyli w technologii BIPV (ang. Building Integrated Photovoltaics). Wydajność takich ogniw to 5-13%.

Ogniwa perowskitowe

Przyszłość fotowoltaiki wiąże się także z ogniwami perowskitowymi. W przeciwieństwie do tradycyjnych ogniw  na bazie krzemu, perowskity są elastyczne, lekkie, ultracienkie i częściowo transparentne. Dzięki tym właściwościom można dostosować kształt, kolor i wymiary modułów PV do konkretnego zapotrzebowania i zainstalować je na każdej dostępnej powierzchni budynku. Są też tańsze w produkcji. Ich sprawność przekracza 25%. Jednym z pionierów w projektowaniu perowskitowych ogniw fotowoltaicznych jest polska firma Saule Technologies założona przez Olgę Malinkiewicz. 

Ogniwa grafenowe

Z kolei Naukowcy z Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) opracowali elektrodę, która może potencjalnie poprawić stabilność perowskitowego ogniwa słonecznego. Wysokowydajna, elastyczna i przezroczysta elektroda na bazie metalu ma dodatkową warstwę grafenu o doskonałej nieprzepuszczalności. Elastyczne elektrody opracowane przez zespół koreańskich naukowców z UNIST charakteryzują się wysoką (97,5%) sprawnością, a po 5 tys. testów zginania ich wydajność spada zaledwie o 65. 

Zastosowanie elastycznych paneli PV

Z uwagi na fakt, że panele elastyczne pozwalają na wyginanie we wszystkich kierunkach, znajdują one zastosowanie w nietypowych lokalizacjach, np:

  • na dachu domku letniskowego
  • na kamperze
  • na jachcie, łodzi, motorówce (elastyczne panele fotowoltaiczne o odpowiednio dużej mocy są w stanie zasilić nawet silnik elektryczny w motorówce)

Można powiedzieć, że elastyczne panele PV to idealne rozwiązanie do wszelkich urządzeń mobilnych. 

Przeprowadzono także wstępne analizy przydatności elastycznych i quasi-elastycznych paneli fotowoltaicznych do zastosowań militarnych. Analitycy napisali w konkluzji: Według naszych przewidywań wybrane rozwiązania powinny znaleźć zastosowanie podczas działań bojowych nie tylko na obszarach o dużym nasłonecznieniu lub niewyposażonych w bogatą strukturę sieci energetycznych, ale także w każdej sytuacji gdzie zależy nam na jak najdłuższym przetrwaniu na polu walki (dotyczy to zarówno pojedynczego żołnierza jak i systemów bezzałogowych).

Coraz większy stopień elastyczności struktur fotowoltaicznych umożliwia jeszcze lepszą i dokładniejszą integrację z zasilanym obiektem lub jego częścią. Elastyczność i lekkość paneli fotowoltaicznych znacznie poszerza również pole ich eksploatacji, stwarzając niemal nieskończenie wiele możliwości instalacji na powierzchniach niedostępnych dla paneli tradycyjnych.

Oto przykłady: odzież specjalnego użytku (wojskowa, strażacka, ratownictwa górskiego) wyposażona w różnorodne czujniki wymagające zasilania, akcesoria turystyczne i gadżety codziennego użytku – np. torba wyposażona w zintegrowany minimoduł PV do zasilania laptopa czy kurtka narciarska z wszytym zestawem ogniw elastycznych do zasilania telefonu komórkowego lub odtwarzacza muzyki.