Trendom v oblasti fotovoltiky je príprava symetrických solárnych článkov


Trendom v oblasti fotovoltiky je príprava symetrických solárnych článkov

Podiel využívania solárnej energie postupne narastá. V minulom roku pochádzalo celosvetovo 2,14 % vyrobenej elektrickej energie z fotovoltických systémov, v Európe  to boli 4 %. Napríklad Nemecko pokrývalo solárnou energiou 7,5 % svojej spotreby, Česko takmer 3,5 %, ale na 1.mieste je Honduras s vyše 13 %.

Ako sme na tom na Slovensku? Obnoviteľné zdroje sa na výrobe elektriny v SR podieľajú s 23 %, ale až 15 % pokrývajú hydroelektrárne. Z biomasy a odpadu pochádza 5 % elektriny, zo solárnej energie to boli za rok 2017 len 2 %.

Budúcnosť vo využívaní solárnej energie sa ale črtá veľmi sľubne. Veterná a solárne energia bude predstavovať viac ako 80 % celosvetového rastu obnoviteľnej kapacity v nasledujúcich piatich rokoch. Do roku 2022 sa očakáva, že Dánsko bude svetovým lídrom, pričom 70 % jeho výroby elektrickej energie bude pochádzať z premenlivej obnoviteľnej energie.

Aktuálnym dôležitým trendom v oblasti fotovoltiky je príprava symetrických solárnych článkov, ktoré majú možnosť svojou spodnou stranou absorbovať aj odrazené svetlo od zemského povrchu. Takéto solárne články umožňujú dodať až o 20 % viac výkonu v porovnaní s článkami využívajúcimi len dopadajúce svetlo na vrchnú stranu článku.

„Hlavným problémom v oblasti premeny slnečného žiarenia na elektrickú energiu je potreba uskladnenia tejto energie. Batérie majú stále veľmi nízku energetickú kapacitu a zároveň sú veľmi drahé. Preto sa súčasný trend v oblasti výskumu využitia slnečnej energie zameriava na riešenie problému premeny slnečnej energie na dobre uskladniteľnú a ľahko využiteľnú formu energie. Pravé takouto formou energie, respektíve jeho nosičom, je vodík, ktorý je možné vyrobiť rozkladom vody za pomoci slnečného žiarenia,“ uvádza Ing. Miroslav Mikolášek, PhD. zo Slovenskej technickej univerzity v Bratislave.

využívanie solárnej energieEnergiu potrebnú na tento rozklad je podľa neho možné získať priamo zo solárnych článkov alebo je možné využiť fotocitlivé materiály priamo ponorené vo vode. „Využitie fotocitlivého materiálu prináša možnosť dosiahnuť väčšiu účinnosť premeny slnečného žiarenia na vodík, a preto je práve táto oblasť predmetom rozsiahleho výskumu. Do tohto výskumu sa zapájame aj na Slovenskej technickej univerzite v spolupráci so Slovenskou akadémiou vied, pričom sa sústreďujeme na prípravu oxidov kovov a ich kombináciu s kremíkom pre prípravu vysoko účinných systémov vhodných na rozklad vody pomocou slnečného žiarenia a tvorbu vodíka.“  

Odborník pokračuje, že v oblasti fotovoltiky zaznamenali v poslednom čase veľký rozmach solárnych článkov na báze perovskitových materiálov. „Prekvapujúco rýchlo sa podarilo radikálne zvýšiť účinnosť solárnych článkov na báze takýchto materiálov a ďalej sa skúma ich kombinácia s ďalšími materiálmi. Aktuálne účinnosti dosiahnuté na týchto článkoch sú na úrovni viac ako 22 %. Tieto články je možné vyrobiť veľmi lacno, preto majú sľubný komerčný potenciál. Ich hlavnou nevýhodou je však stále problém s ich dlhodobou stabilitou.“

Veľmi úspešným príkladom využitia nových materiálov vo fotovoltike je podľa Ing. Miroslava Mikolášeka, PhD. kombinácia oxidov kovov s kryštalickým kremíkom. „Oxidy kovov majú možnosť nahradiť funkčnú časť kremíkového článku zabezpečujúcu separáciu fotogenerovaných nosičov náboja. Zároveň je možné ich pripraviť výrazne lačnejšie, ako je to v prípade tradičných solárnych článkoch tvorených čisto kryštalickým kremíkom. Účinnosti premeny slnečného žiarenia takéhoto článku presahujú 20 %, pričom tieto články majú vysokú stabilitu a životnosť.“   

Otázka ale je, či sa vôbec niekedy podarí docieliť, že možnosti solárnej energie budú naplno využívané. A v akom časovom horizonte to bude? Ing. Miroslav Mikolášek, PhD. sa na túto otázku pozerá z technologického a ekonomického pohľadu. „Z technologického hľadiska dosahuje premena slnečného žiarenia na elektrickú energiu už v súčasnosti 46 % pre systémy pracujúce s tzv. koncentrovaným  svetlom zabezpečeným zrkadlami a 26,7 % pre kremíkové solárne články. Sú to účinnosti na úrovni blízko maximálnych teoretických hodnôt. Môžeme teda povedať, že z technologického hľadiska dosahuje fotovoltika už svoju zrelosť. Aktuálny trend v oblasti fotovoltiky sleduje hlavne cieľ znižovania nákladov na výrobu solárnych článkov, keďže práve ekonomický aspekt je veľmi dôležitý pre ich väčšie rozšírenie.“

V  dôsledku postupného znižovania ceny fotovoltických článkov nadobúda významný podiel z ceny modulov cena samotných konštrukčných prvkov a skla, ktoré chránia článok, pripomína odborník. „To je aj motivácia pre integrovanie fotovoltických článkov do architektúry, v ktorej môžu tieto konštrukčné prvky plniť viaceré funkcie. Príkladom takejto integrácie do architektúry sú solárne škridle, solárne cesty a vkladanie solárnych článkov do okien budov. Všetky tieto kroky prispievajú k širšiemu využitiu solárnej energie.“

Pripomeňme ešte v závere, že výhod využívania solárnej energie je naozaj veľa. Ing. Miroslav Mikolášek, PhD. argumentuje, že Slnko je obrovsky zdroj energie. „V súčasnosti ho už vieme pomerne účinne využívať a premieňať jeho energiu na iné nami dobre využiteľné zdroje energie. Vďaka intenzívnemu výskumu sa postupne riešia problémy s potrebou uskladnenia energie získanej zo slnka. Jednou z hlavných výhod solárnej energie a zároveň silnou motiváciou pre jej využívanie je jej rastúca ekonomická výhodnosť. Taktiež je to ideálny zdroj energie pre oblasti bez pripojenia na elektrickú sieť. Hlavnou výhodou solárnej energie je však jej ekologický charakter, ktorý sa v poslednej dobe čoraz viac dostáva do popredia.“

Trend prechodu na čistejšie formy energie je podľa odborníka veľmi dobre vidieť napríklad v automobilovom priemysle, kde sa postupne prechádza na elektrický alebo vodíkový pohon. „Práve tieto druhy energie je možné zabezpečiť prostredníctvom solárnej energie. Upúšťanie od využívania fosílnych palív pritom nie je spôsobené ich nedostatkom alebo ich vysokou cenou. Tak ako ani doba kamenná neskončila pre nedostatok kameňa, tak aj v tomto prípade je presun na čistejšie formy energie motivovaný skôr vývojom v oblasti obnoviteľných zdrojov energie a silnejším dôrazom na ekologickú stránku ich výroby. Preto môžeme očakávať aj naďalej postupný nárast obnoviteľných zdrojov energie, medzi ktorými bude fotovoltika hrať dôležitú úlohu.“

 

Odborní garanti textu: Ing. Miroslav Mikolášek, PhD. a Ing. Juraj Hotový zo Slovenskej technickej univerzity v Bratislave

Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR

Zdroje informácií:

http://www.iea-pvps.org/fileadmin/dam/public/report/statistics/IEA-PVPS_-_A_Snapshot_of_Global_PV_-_1992-2017.pdf

http://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2017/Jul/IRENA_Renewable_energy_highlights_July_2017.pdf?la=en&hash=011BFA5D92B82E343C53687DE31C3F2AF266B436

http://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2017/Jul/IRENA_Renewable_energy_highlights_July_2017.pdf?la=en&hash=011BFA5D92B82E343C53687DE31C3F2AF266B436

Zdroj ilustrácií:

http://www.iea-pvps.org/fileadmin/dam/public/report/statistics/IEA-PVPS_-_A_Snapshot_of_Global_PV_-_1992-2017.pdf

Ilustračné foto: Pixabay.com /cricrimo/

Uverejnila: VČ

Hore
Publikácie Veda v CENTRE
Aurelium - centrum vedy
CVTI SR 80. výročie
QUARK
Prechod VK na VND
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2017
TVT 2017 články
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Jednou z hlavných zložiek výživy človeka sú bielkoviny.
Zistite viac