Aż 40 lat - tyle zajęło znalezienie tajemniczej wady paneli fotowoltaicznych

Pytanie o wady fotowoltaiki pojawia się wśród osób zainteresowanych regularnie – inwestycja w panele wiąże się z kosztami, a wzrost świadomości konsumentów sprzyja dociekliwości. Jest to tym bardziej zrozumiałe, że fotowoltaika staje się coraz popularniejszą technologią wykorzystywaną przez setki tysięcy gospodarstw domowych i firm w Polsce. Pomimo licznych zalet i niewątpliwej opłacalności, wciąż jednak można ulepszyć panele fotowoltaiczne pod kątem efektywności. Wygląda na to, że po 40 latach długich badań w końcu uda się usunąć jedną z najważniejszych wad fotowoltaiki, która ogranicza skuteczność jej działania.

Fotowoltaika – wady czy nie w pełni wykorzystany potencjał?

Możliwość produkcji darmowego i ekologicznego prądu z niewyczerpywalnego i ogólnodostępnego źródła, jakim są promienie słoneczne, decyduje o potencjale, jaki ma fotowoltaika dla domu i firmy. Zarówno właściciele gospodarstw domowych, jak i przedsiębiorcy poszukują skutecznego sposobu na obniżenie rachunków za prąd, co w połączeniu z dofinansowaniem z pieniędzy publicznych oraz coraz niższymi cenami podzespołów, sprzyja zainteresowaniu technologią słoneczną. Jak się jednak okazuje, fotowoltaika może być jeszcze efektywniejsza, do czego przyczyniły się przełomowe wynika badań angielskich naukowców z Uniwersytetu w Manchesterze.

Podobnie jak każda inna technologia, fotowoltaika również ma wady – do jej największych minusów należy relatywnie mała efektywność. Wynika to z faktu, że umożliwia przetworzenie na prąd płynący w gniazdku jedynie ok. 20-25% energii słonecznej docierającej do paneli. Oznacza to, że pozostała część jest niewykorzystana, czyli aż ok. 75-80% potencjału promieniowania. Jeszcze do niedawna przyczyna takiego stanu rzeczy była nieznana, w związku z czym producenci nie mogli poprawić skuteczności działania podzespołów. Wiele wskazuje na to, że już niedługo sytuacja ulegnie zmianie, dzięki czemu przeciętna instalacja fotowoltaiczna zacznie produkować jeszcze więcej darmowego prądu ze Słońca.

Degradacja ogniw krzemowych światłem powodem niższej wydajności

Z czego dokładnie wynikają minusy fotowoltaiki? W 2019 r. na Uniwersytecie w Manchesterze grupa naukowców pod przewodnictwem Tony’ego Peakera odkryła wcześniej niezauważoną materiałową wadę w strukturze krzemu stosowanego do produkcji modułów fotowoltaicznych. Istnieją przypuszczenia, że odpowiada ona za utratę aż 2% efektywności działania paneli bezpośrednio po montażu. Chodzi o zjawisko degradacji ogniw światłem (z ang. Light Induced Degradation) sprawiające, że po zaledwie kilku godzinach użytkowania wydajność pracy systemu solarnego spada o wspomniane 2%.

Czy jednak jest, o co kruszyć kopie, skoro to tylko 2%? Może się wydawać, że jest to niewielki spadek. W praktyce jednak, uwzględniając wieloletnie użytkowanie instalacji, to poważna wada fotowoltaiki przekładająca się na odczuwalną dla portfela obniżkę ilości wyprodukowanego prądu, a co za tym idzie – mniejsze zyski i dłuższy czas oczekiwania na zwrot z inwestycji. Utrata 2% efektywności paneli staje się tym istotniejsza, gdy weźmie się pod uwagę, że fotowoltaika dla firm i gospodarstw domowych jest istotna również z punktu widzenia sprawności całego systemu energetycznego.

W skali kraju nawet 1% więcej prądu z OZE jest na wagę złota, a to przekłada się na bezpieczeństwo energetyczne setek tysięcy rodzin, przedsiębiorstw, instytucji oraz innych podmiotów. Gdy przyjmie się perspektywę globalną, zyski z odkrycia brytyjskich naukowców mogą być liczone w miliardach dolarów. Robi to wrażenie tym bardziej, że specjaliści od przeszło 40 lat bezskutecznie szukali przyczyny, z której wynikały wady paneli słonecznych. Pomimo opublikowania ok. 270 prac naukowych na ten temat przez dekady nie udało się ustalić czynnika odpowiedzialnego za obniżenie wydajności paneli fotowoltaicznych, którą dopiero niedawno odkryli akademicy z Manchesteru.

„Bezwzględny spadek wydajności o 2 procenty może nie wydawać się wielkim problemem, ale jeśli weźmie się pod uwagę, że panele słoneczne są obecnie odpowiedzialne za produkcję dużej i szybko rosnącej części globalnego zapotrzebowania na prąd elektryczny, oznacza to olbrzymie straty energii, którą można by uzyskać, gdyby nie defekt materiałowy krzemu” – wyjaśnia prowadzący badania prof. Tony Peaker.

Wady fotowoltaiki – czas na rozwiązania

Wiedziano, że panele fotowoltaiczne mają wady, ale bez znajomości powodów trudno było wprowadzić jakiekolwiek zmiany. Bezpośrednią przyczyną spadku efektywności okazał się proces przetwarzania energii słonecznej w krzemowych ogniwach. Ze względu na obniżony przepływ elektronów, który wynika z wady materiałowej tego pierwiastka, powstaje mniej energii elektrycznej, niż byłoby to możliwe bez tego defektu. Daje on o sobie znać jednak dopiero wówczas, gdy na moduł pada światło słoneczne, co potwierdził eksperyment, w ramach którego przeprowadzono proces transformacji energii słonecznej na elektryczną przy użyciu ogniw podgrzewanych w ciemności. W zaciemnionych warunkach wada instalacji fotowoltaicznej się nie aktywowała.

Jak stwierdził prowadzący badania prof. Tony Peaker, „Udało się udowodnić, że ukryta wada fotowoltaiki istnieje – teraz czas na działania inżynierów, którzy ją zneutralizują”.

Miejmy nadzieję, że efekty ich pracy szybko ujrzą światło dzienne, co pozwoli na usunięcie poważnego minusa fotowoltaiki i tym samym poprawi wydajność technologii.

Widać więc, że mimo iż coraz więcej wiemy na temat tego, jak działa i co to jest fotowoltaika, wciąż jeszcze wiele zagadek pozostaje do rozwikłania. Z każdym kolejnym badaniem fotowoltaika dla rolnika, przedsiębiorcy czy właścicielki domu jednorodzinnego staje się jeszcze bardziej opłacalną inwestycją.