Český objev pomohl zvýšit účinnost solárních panelů. Efektivita naroste na 26%

11.12.2020

Neustále se zvyšující účinnost a současně stále nižší ceny. Fotovoltaické panely každý rok překonají nějaký rekord. Kde je ale hranice? Kam až jejich účinnost poroste? A kam naopak klesne cena zařízení, která přeměňuje sluneční záření na elektrickou energii?

Na úvod je zapotřebí připomenout, že začátky nebyly nic moc. Ale to už tak o technických novinkách bývá. Když americký vynálezce Charles Fritts vyrobil v roce 1883 fotovoltaické články na bázi selenu, byla jejich účinnost nižší než jedno procento. Jeho následovník Russell Shoamaker Ohl byl v roce 1940 přece jen o něco úspěšnější, účinnost jeho článku z křemíku byl okolo jednoho procenta.

Ale to byly víceméně jen experimenty, které těžko mohly najít využití v praxi. Trvalo to dalších14 let, než se vývoj posunul potřebným směrem. První fotovoltaický článek, který byl použitelný pro výrobu elektřiny, vytvořili v roce 1954 ve slavných Bellových laboratořích, jejichž historie sahá až do poloviny dvacátých let minulého století. Článek z monokrystalického křemíku měl účinnost okolo šesti procent.

To už byl přece jen výraznější posun. V šedesátých letech už účinnost přesáhla 10 procent. Prudký rozvoj fotovoltaiky pak nastala na přelomu druhého tisíciletí. Dnes se účinnost moderních fotovoltaických panelů pohybuje už nad dvaceti procenty. A rozhodně to není konečná hodnota. Kam v následujících letech může ještě růst?

Přesunuté stříbrné pásky

Snaha fyziků a techniků ve vývoji a výrobě fotovoltaických panelů je jednoznačná: neustálým vylepšováním z nich vymáčknout co nejvyšší výkon a současně tlačit na co nejnižší cenu článků. A skutečně se to daří. Podle Martina Ledinského z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR se účinnost nových fotovoltaických článků zvyšuje o průměrných 0,6 procent ročně a momentálně už přesahuje 21 procent (účinnost celých panelů je ale vždy přibližně o jedno procento nižší).

"A tento trend samozřejmě pokračuje," říká Ledinský. Fyzikální ústav byl součástí evropského projektu H2020 NextBase, který mimo jiné řešil, jak navýšit účinnost fotovoltaických panelů za použití běžných průmyslových metod. Experti se zaměřili na kontakty na vrchní části křemíkových desek, které slouží k odvádění vyrobené elektrické energie.

Tyto stříbrné pásky totiž odrážejí sluneční světlo, čímž efektivně sluneční článek zastiňují. Ztráta elektrické energie způsobená tímto stíněním je úměrná ploše kontaktů, která dosahuje tři až šest procent. Řešením je přesunout tyto kontakty na spodní stranu fotovoltaických článků, což není technicky úplně jednoduché.

"Ale díky tomu jsme byli schopni dosáhnout účinnosti solárních článků až 25,4 procent," konstatuje Martin Ledinský. A pro připomenutí: při použití zavedených průmyslových postupů. Případnou další optimalizací je možné účinnost ještě o něco zvýšit. "Myslíme si, že šestadvacet procent je reálných," dodává Ledinský.

Ostatně švýcarská společnost Mayer Burger letos oznámila, že právě na základě výsledků evropského projektu H2020 NextBase by chtěla vybudovat v Německu novou továrnu na výrobu fotovoltaických panelů. Účinnost článků by měla být právě okolo 26 procent.

Vícevrstevná fotovoltaika

Dá se jít ještě výše? Přes třicet nebo dokonce přes čtyřicet procent? Podle Ledinského takové možnosti jsou, ale je zapotřebí výraznější technologická změna, která umožní lepší využití světelného spektra. Co konkrétně to obnáší? Laicky řečeno, že se na současný křemíkový článek přilepí ještě jeden fotovoltaický článek z materiálu, který bude vyrábět elektřinu z té části slunečního spektra, z níž to křemík neumí tak dobře. A takový materiály už existují, říká se jim halidové peroskity (minerál dostal pojmenování po ruském diplomatovi, ministrovi, mineralogovi a archeologovi Lvu Alexejovičovi Perovském).

Díky tomu bude možné účinnost křemíkové fotovoltaiky zvýšit výrazně nad třicet procent. Podobně dnes fungují vůbec nejúčinější fotovoltaické články, spojením několika solárních článků za sebe se podařilo dosáhnout účinnosti 48 procent, ale nutno dodat, že zatím výhradně v laboratorních podmínkách. "Aplikace vícevrstvé fotovoltaiky je zatím poměrně daleko, ale její čas přijde," poznamenává Martin Ledinský z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR.

Padající ceny

Obdobné je to s cenou fotovoltaických panelů, která se trvale snižuje. Zatímco v roce 1975 stál jeden Wp asi 100 dolarů, v roce 2010 to byl už jen jeden dolar. Aktuální cena se pohybuje na hranici 0,3 až 0,4 dolaru. "Tento trend bude rozhodně ještě několik desetiletí pokračovat," odhaduje Ledinský.

Fotovoltaika je již dnes nejlevnějším zdrojem elektrické energie a návratnost investice je čím dál tím kratší. V některých případech to je už hluboce pod deseti lety.

S cenou souvisí i jedna zajímavost: zatímco panely neustále zlevňují, to samé nelze říct o ostatních nákladech, mezi něž patří třeba kabely, stojany a další zařízení. "Instalační náklady jsou dneska už dokonce dražší než samotné solární články," dodává Martin Ledinský.

Zdroj: obnovitelne.cz