Odkąd 65 lat temu w Bell Labs wynaleziono nowoczesne ogniwa słoneczne, technologia jest szkolnym przykładem tego, jak nowe innowacje są opracowywane i rozwijane w społeczeństwie. Wraz z rozwojem przemysłu ceny spadły, a ogniwa słoneczne stały się lepsze i – co nie mniej ważne – bardziej wydajne.

 Tutaj omawiamy, jaka jest dzisiaj wydajność zwykłych paneli słonecznych, jakie techniki są badane, i kończymy przyszłym przeglądem tego, jak będzie wyglądać za 10 lat.

Jak wydajne są panele słoneczne?

Efektywne przekształcanie energii słonecznej w energię elektryczną jest nie tylko warunkiem koniecznym do wyprodukowania dużej ilości energii elektrycznej na małym obszarze; wyższa wydajność prowadzi również do niższych kosztów ogólnych, takich jak prace instalacyjne i inne komponenty.

Jeśli teraz kupisz system ogniw słonecznych, prawdopodobne jest, że system składa się z paneli słonecznych o wydajności od 17 do 19%. (Odpowiada to panelom słonecznym o standardowym formacie 1 x 1,6 mocy od 270 do 300 W.) Jeśli dołożysz do budżetu, możesz uzyskać bardziej ekskluzywne panele słoneczne na rynku o wydajności nieco ponad 21%. Dość nieporównywalny rozwój z około 12%, jakie miały zwykłe panele słoneczne dziesięć lat temu.

Jak komercyjne ogniwa słoneczne zaczynają osiągać granicę tego, co jest możliwe? Wiele wskazuje na to, że tak nie jest .

Co się dzieje w laboratorium?

Zwykle ewolucję wydajności ogniw słonecznych wizualizuje się za pomocą tego wykresu, opracowanego przez amerykański instytut badawczy NREL. Pokazuje wydajności uzyskane w laboratorium dla różnych technologii ogniw słonecznych.

Rozwój wydajności ogniw słonecznych w czasie. Źródło: NREL.

Biorąc pod uwagę, że krzem dominuje na rynku ogniw słonecznych – stanowi ponad 95% sprzedaży na całym świecie – na tej technologii ogniw słonecznych się skupiamy.

W laboratoriach krystaliczne krzemowe ogniwa słoneczne osiągnęły sprawność nieco poniżej 27%. Dotyczy to samych ogniw słonecznych; panele słoneczne (moduły z wieloma kompozytowymi ogniwami słonecznymi), które osiągają najwyższą wydajność w laboratoriach, stanowią nieco ponad 24%. Powodem, dla którego się różnią, jest m.in. że panel słoneczny (obecnie) ma część powierzchni, która nie wytwarza energii elektrycznej – na przykład rama modułu i powierzchnie wokół ogniw – i że straty elektryczne występują w połączeniu między ogniwami.

Teoretycznie najwyższa możliwa wydajność krzemowych ogniw słonecznych nie jest tak daleko, bo wynosi nieco ponad 30%. Wyższe wydajności są ograniczone przez podstawowy fakt, że światło słoneczne zawiera wiele różnych długości fal, a ogniwo słoneczne z określonego materiału może wykorzystywać tylko ograniczoną część światła. Inne materiały ogniw słonecznych mają podobne ograniczenia.

Technologie ogniw słonecznych, które osiągają ponad 30%, albo oznaczają, że światło jest skoncentrowane, albo że ogniwo słoneczne składa się z kilku warstw warstw pochłaniających światło, które pochłaniają światło o różnych długościach. Co najwyżej ogniwa słoneczne, które łączą te dwa aspekty, osiągają obecnie sprawność nawet 46%. Jednak wielowarstwowe ogniwa słoneczne nie są jeszcze opłacalne komercyjnie (przynajmniej nie na Ziemi, w specjalnych zastosowaniach w przemyśle kosmicznym, na przykład niektóre typy wielowarstwowych ogniw słonecznych są już używane).

Trendy w rozwoju ogniw słonecznych: PERC, perowskit i wyższa wydajność

Producenci i badacze ogniw słonecznych na całym świecie gorączkowo opracowują technologię i procesy produkcyjne, aby nawet komercyjne panele słoneczne mogły osiągnąć (i przewyższyć) wydajność obecnie osiąganą w laboratoriach. Wprowadzane są ulepszenia w wielu obszarach, w tym w zwiększając zdolność ogniw słonecznych do pochłaniania światła, zmniejszając udział „martwej” powierzchni paneli i minimalizując straty elektryczne.

Technologie, które są obecnie dostępne w najbardziej wydajnych i ekskluzywnych panelach, również stają się głównym nurtem. Przykładem jest „PERC” (z ang. Passivated Emitter and Rear Cell), technologia, którą praktycznie wszyscy główni producenci modułów stosują w niektórych swoich panelach. W porównaniu z konwencjonalnymi krzemowymi ogniwami słonecznymi panele PERC mają inną strukturę ogniw, co oznacza, że ​​np. lepiej wykorzystuje fotony w świetle słonecznym, jednocześnie ułatwiając elektronom poruszanie się w ogniwach słonecznych.

 „Perovskit” jest prawdopodobnie najbardziej rozreklamowanym materiałem (a raczej jest to zbiorcza nazwa kilku różnych materiałów o tej samej strukturze). Potencjał perowskitu opiera się głównie na fakcie, że użyte materiały są tańsze w produkcji w porównaniu do krzemu. Istnieje również możliwość uzyskania wysokich sprawności, między innymi dzięki połączeniu z innymi materiałami. Na przykład dzięki połączeniu krzemowych ogniw słonecznych z perowskitem (tj. rodzajem wielowarstwowego ogniwa słonecznego składającego się z dwóch warstw) laboratoriom udało się już osiągnąć sprawność 28% , tj. Wyższą niż najwyższa zmierzona sprawność krzemowego ogniwa słonecznego. Główną wadą perowskitowych ogniw słonecznych jest jednak to, że obecnie działają one znacznie krócej niż inne typy ogniw słonecznych.

Jaka będzie wydajność paneli słonecznych za dziesięć lat?

Kiedy ITRPV, szerokie grono przedstawicieli przemysłu i instytutów badawczych, opublikowało jesienią raport , przewidywali, że wydajność komercyjnych krzemowych paneli słonecznych w niższym przedziale cenowym wyniesie nieco ponad 20% w 2027 r. (Tj. Za 8 lat), w porównaniu z około 17% tam, gdzie są one obecne. dzisiaj. Według tego samego raportu panele słoneczne w górnym przedziale cenowym osiągają około 26% (wzrost z około 21%).

Szacunki te są udostępniane innym w sposób przejrzysty. Profesor ogniw słonecznych Marika Edoff oszacowała, że ​​w ciągu dziesięciu lat wydajność najpopularniejszych paneli słonecznych wynosi około 21%. Według Mariki, najbardziej wydajne panele to między 25% a 28% – aczkolwiek przy założeniu, że wielowarstwowe ogniwa słoneczne składające się z perowskitu i krzemu są skomercjalizowane.

Więc co zrobić z tą informacją? Czy jeszcze lepiej poczekać na nową, lepszą technologię ogniw słonecznych, zanim zainwestujesz w ogniwa słoneczne?

Niewątpliwie panele słoneczne stają się coraz bardziej wydajne, podczas gdy ceny spadają. Konkurencyjny, rozwijający się globalny przemysł ogniw słonecznych robi wszystko, aby ulepszyć i usprawnić technologię ogniw słonecznych. A jeśli za dziesięć lat pokryjesz dach panelami słonecznymi, z pewnością będzie więcej energii elektrycznej za mniejsze pieniądze.

Mając to na uwadze, ogniwa słoneczne są zasadniczo dojrzałą technologią . Większość wprowadzanych ulepszeń to stopniowe ulepszenia istniejącej technologii. Pod względem formy i funkcji panel słoneczny był taki sam przez długi czas i prawdopodobnie tak pozostanie w przyszłości. Prawdopodobnie za kilka lat będzie większa różnica w technologii w telewizorach, które można kupić w porównaniu do tych sprzedawanych dzisiaj!

Jednak fakt, że wciąż jest stosunkowo dużo miejsca na ulepszenia technologii ogniw słonecznych, jest dobrą wiadomością, szczególnie dla nas wszystkich, którzy oczekują dalszego rozwoju ogniw słonecznych, tak aby mogły konkurować na zasadach komercyjnych o paliwa kopalne.