Nadchodzi energia słoneczna nowej generacji


Prąd będą produkować ściany, okna, a nawet nasze kurtki i torby. Powszechne staną się też domowe akumulatory o dużej pojemności.

Pół roku temu na obrzeżach Amsterdamu powstał nietypowy 70-met-rowy odcinek ścieżki rowerowej. Ścieżka wytwarza prąd dzięki ogniwom słonecznym wbudowanym w jej nawierzchnię. Przez sześć miesięcy wyprodukowała 3 tys. kilowatogodzin – tyle, ile zużywa rocznie małe gospodarstwo domowe. Jednak instalacja kosztowała aż 3 mln euro.

„Najniższy koszt wytworzenia jednego kilowata energii elektrycznej to ok. 4 centów za kilowatogodzinę. Takim rezultatem mogą się po-chwalić elektrownie spalające węgiel brunatny. Energia słoneczna osiągnie ten poziom zapewne około roku 2030” – mówi prof. Agnieszka Iwan, kierownik Pracowni Nowych Technologii w Oddziale Technologii i Materiałoznawstwa Elektro-technicznego Instytutu Elektrotechniki we Wrocławiu. Według analizy specjalistów ze Stanford University do 2010 r. energetyka słoneczna była na minusie. Produkcja baterii pochłaniała więcej energii, niż potem udawało się z nich uzyskać. Dziś ten sektor zaczyna odrabiać straty, a ogniwa produkujące prąd wkrótce mogą pojawić się niemal wszędzie.

Krzem: Walka o większą wydajność

Stosowane dzisiaj powszechnie krzemowe baterie słoneczne są nadal mało wydajne. Na prąd zamieniają tylko nieco ponad 20 proc. światła, które do nich dociera. Jednak i tu widać postęp. W ostatnim czasie popularność zyskują tzw. ogniwa wielozłączowe – zbudowane z różnych materiałów, które pochłaniają światło o różnej długości fali. Mają one dużo wyższą sprawność, ale są bardzo drogie. Z tego powodu były stosowane głównie w sondach kosmicznych.

Udało się je jednak przystosować do pracy ze światłem skupionym przez lustra lub soczewki. Oznacza to, że samo ogniwo może być wielokrotnie mniejsze niż powierzchnia, z której zbiera światło. To z kolei wielokrotnie obniża koszty. Sprawność wielozłączowych ogniw cały czas rośnie. W grudniu inżynierowie firmy Soitec i naukowcy z niemieckiego instytutu Fraunhofer ISE pobili w warunkach laboratoryjnych rekord, zamieniając na elektryczność aż 46 proc. energii świetlnej.

Dlaczego warto budować elektrownie słoneczne na wodzie?

Panele słoneczne umieszczone na po-wierzchni stawów czy zalewów produkują o ponad 10 proc. więcej prądu niż lądowe. Sprawność ogniw krzemowych zależy od temperatury – jeśli jest im za gorąco, pracują gorzej. Woda doskonale je chłodzi. Z kolei pokrycie zbiornika wodnego panelami spowalnia ich wysychanie i ogranicza namnażanie się szkodliwych glonów. Japończycy wybudowali niedawno dwie potężne elektrownie na stawach Nishihira i Higashihira w pobliżu miasta Kato. Mają one wystarczającą moc, aby zasilić tysiąc gospodarstw domowych. Konstrukcja jest przy tym na tyle wytrzymała, że ma poradzić sobie nawet z uderzeniem tajfunu. Podobne elektrownie powstają też w Brazylii, Indiach, Australii, Korei Płd. i USA.

Polimery: Ogniwa, które można wyginać

Marzeniem wielu uczonych pracujących nad odzyskiwaniem słonecznej energii są ogniwa nie tylko wydajne i niedrogie, ale też takie, które można będzie zamontować praktycznie gdziekolwiek. Krzemowe baterie są ciężkie, sztywne i łamliwe. Stąd pomysły na zastąpienie ich ogniwami opartymi na materiałach organicznych. „Są one mało toksyczne, elastyczne i lekkie. Szacuje się, że docelowo organiczne ogniwa będą ok. 10 razy tańsze od krzemowych” – mówi prof. Iwan.

Niedawno grupa australijskich badaczy zaprezentowała organiczny „słoneczny tusz”. Za pomocą drukarek można go nanosić na giętkie materiały z tworzyw sztucznych. W ten sposób powstają baterie słoneczne. Na razie mają powierzchnię kartki A3. Docelowo takimi ogniwami będzie można pokrywać nawet elastyczne etui na telefony czy tablety. Organiczne baterie mają jednak poważne wady. Pierwsza to niska sprawność, nawet w porównaniu z klasycznymi ogniwami krzemowymi. Druga – krótka żywotność. Nad ulepszeniem organicznych ogniw – także tych elastycznych, nanoszonych na folię z tworzywa sztucznego – pracują m.in. polscy naukowcy w pracowni kierowanej przez prof. Agnieszkę Iwan. Udało im się zwiększyć sprawność tego rodzaju baterii za pomocą zmodyfikowanego grafenu.

Akumulatory: domowe magazyny elektryczności

Bardziej konkretne rozwiązania pojawiają się w dziedzinie przechowywania energii. Ogniwa słoneczne pracują pełną parą w dzień, natomiast prąd jest nam potrzebny przede wszystkim po zmroku. Magazynowanie go do niedawna było trudne i drogie. Na rynek wchodzi już jednak nowa generacja akumulatorów litowo-jonowych. Opracowała je firma Tesla Motors, założona przez biznes-mena-wizjonera Elona Muska. W jej ofercie znajdą się m.in. baterie Powerwall przeznaczone do gromadzenia prądu uzyskiwanego z „domowych” ogniw słonecznych. Taki stukilogramowy akumulator będzie można sobie powiesić na ścianie – wygląda jak spora płaska szafka. Dostępne będą dwie wersje o pojemności 7 i 10 kilowatogodzin, co teoretycznie powinno wystarczyć na zasilenie przeciętnego gospodarstwa domowego przez całą dobę. W razie potrzeby można będzie połączyć ze sobą kilka takich baterii.

Firma Tesla Motors, znana dotychczas przede wszystkim z elektrycznych samochodów, buduje fabrykę o nazwie Gigafactory, która ma wytwarzać więcej akumulatorów litowo-jonowych rocznie, niż wyprodukowano na całym świecie do 2013 r.

Podobne plany mają inne koncerny, np. niemiecki Daimler. Według Elona Muska cały świat mógłby działać na bateriach ładowanych przez ogniwa słoneczne. W ciągu najbliższych lat przekonamy się, czy ta świetlana wizja jest realna.

Perowskity: Baterie na każdym kroku

Polacy są w czołówce badań nad obiecującym materiałem do produkcji ogniw słonecznych. To perowskit, wzorowany na naturalnie występujących kryształach. Jego syntetyczna wersja może łączyć w sobie elementy organiczne i nieorganiczne, a to daje wyjątkowe możliwości. Właśnie takie hybrydowe perowskity najbardziej interesują dziś specjalistów od baterii słonecznych.

Przede wszystkim perowskity doskonale pochłaniają światło, dzięki czemu do stworzenia baterii wystarczy cienka warstwa tego materiału. Można go wy-produkować z tanich i łatwo dostępnych surowców, których zasoby są praktycznie nieograniczone. W ciągu ostatnich kilku lat sprawność perowskitowych ogniw słonecznych wzrosła kilkakrotnie i w warunkach laboratoryjnych zbliżyła się do tej, jaką osiągają popularne baterie krzemowe. Co więcej, perowskity podobnie jak organiczny „słoneczny tusz” można nadrukować na cienkie podłoże.

Ważne osiągnięcie na tym polu należy do polskiej uczonej Olgi Malinkiewicz. Opracowała ona sposób nakładania ultracienkich, częściowo przezroczystych, perowskitowych ogniw na przezroczystą folię z tworzywa sztucznego. Badaczka otrzymała wiele nagród i założyła firmę Saule Technologies, która ma zająć się komercjalizacją wynalazku. Jej zdaniem folią produkującą energię będzie można pokrywać okna, dachówki, całe ściany budynków, ekrany tabletów, powierzchnię namiotów czy nawet ubrań. „Obecnie perowskity są badane pod kątem zastosowania we wszystkich rodzajach ogniw fotowoltaicznych. Czy zdadzą egzamin? To pokaże przyszłość” – mówi prof. Iwan. Naukowcy, którzy zajmują się tą technologią, mają jeszcze nie-małe przeszkody do pokonania.

źródło: focus.pl

nasiona marihuany, konopi

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *