Novi rekordi v fotovoltaiki tudi s slovenskim pridihom - EOL 157

Novi rekordi v fotovoltaiki tudi s slovenskim pridihom - EOL 157

Rekordne tandemske sončne celice

Urška Košenina

Dr. Marko Jošt, član Laboratorija za fotovoltaiko in optoelektroniko (LPVO) Fakultete za elektrotehniko UL, je na podoktorskem usposabljanju na Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) s sodelavci izdelal rekordno tandemsko sončno celico s 25,5 % učinkovitostjo pretvorbe svetlobne energije v električno. Rezultate so s soavtorji iz laboratorija LPVO objavili v mednarodno priznani reviji Energy and Environmental Science leta 2018. V pičlih dveh letih so nato dosežek še nadgradili. Z razvojem nove tandemske sončne celice so dosegli kar 29,2% učinkovitost pretvorbe in s tem postavili nov mejnik. Rezultati nove rekordne celice so bili objavljeni v prestižni reviji Science decembra 2020, z dr. Markom Joštom, dr. Gašperjem Matičem in prof. dr. Markom Topičem kot soavtorji, in so plod bilateralnega nemškoslovenskega projekta med HZB in LPVO. Dr. Marko Jošt in prof. dr. Marko Topič sta izjemni dosežek pokomentirala v luči svetle prihodnosti fotovoltaike.

prof. dr. Marko Topič in dr. Marko Jošt
prof. dr. Marko Topič in dr. Marko Jošt

Od izdelave rekordne tandemske sončne celice z največjo učinkovitostjo pretvorbe svetlobne energije v električno je več kot dve leti. Takšna sončna celica bi naj utrla tehnološko pot fotovoltaiki pri proizvodnji električne energije, saj povečuje energijski izkoristek pri pretvarjanju sončne energije v električno. Kako je z možnostjo industrijske proizvodnje? Kakšen je interes na trgu, v energetiki, doma in na tujem? Ste še vedno v fazi raziskav in razvoja?

Perovskitno-silicijeve tandemske sončne celice so trenutno predmet razvoja tako na raziskovalnih inštitutih kot tudi v industriji. Na inštitutu Helmholtz Zentrum v Berlinu so z raziskavami začeli v letu 2015, od takrat pa so kar trikrat podrli rekordni dosežek. Pri tem smo pri zadnjih dveh dosežkih leta 2018 in 2020 sodelovali tudi raziskovalci iz laboratorija LPVO na Fakulteti za elektrotehniko, jaz kot podoktorski raziskovalec na HZB, prof. dr. Topič pa kot predstojnik LPVO skupine za optično optimizacijo tandemov in razvoja sistemov za testiranje stabilnosti. Vzporedno z inštituti se je v tekmo vključilo kar nekaj podjetij, ki ciljajo na komercializacijo tandemskih sončnih celic že v naslednjih nekaj letih. Najbolj znano podjetje je Oxford PV, ki je uspelo zbrati že več kot 50 milijonov evrov investicijskih sredstev. To kaže na veliko zanimanje za to tehnologijo in tudi prepričanje, da je to tehnologija prihodnosti. Tudi zato so naše raziskave pomembne z raziskovalnega in tržnega vidika.

Pri predstavljanju inovacije ste navajali, da je večja učinkovitost pri pretvorbi tandemske sončne celice pomembna tudi za zniževanje cen fotovoltaičnih modulov. Se to pri razvoju inovacije potrjuje?

Za kaj takega je trenutno še prezgodaj, se pa zaenkrat potrjujejo vse napovedi iz preteklosti. Za nadaljnje padanje cen je nujno višanje učinkovitosti pretvorbe, kar pa s klasičnimi enospojnimi silicijevimi celicami ni več možno. Zato je razvoj tandemskih, dvospojnih sončnih celic tako pomemben, pri čemer pa seveda mora povečana učinkovitost pretvorbe odtehtati ceno dodatnih korakov in stroškov v proizvodnji. In tehnologija perovskitov to omogoča, seveda ob množični proizvodnji.

Kaj lahko pomeni vaš dosežek za pospeševanje deleža OVE v oskrbi z električno energijo?

Na energetskem trgu je med najpomembnejšimi dejavniki cena električne energije, ki jo proizvedemo, in kdaj je na razpolago. Fotovoltaika je praktično povsod po svetu že najcenejši način pridobivanja električne energije, a je za vsesplošno konkurenčnost potrebno zagotoviti zanesljivo oskrbo tudi takrat, ko sonce ne sije. V ta namen se razvijajo koncepti hranilnikov in solarnih goriv, ki bi to vrzel zapolnilo. V fotovoltaiki bomo še naprej stremeli k višanju učinkovitosti pretvorbe, ki jo omogočajo tandemske sončne celice. Naš dosežek tako potrjuje začrtano pot fotovoltaike na poti k večjemu deležu na električnem trgu. Razvoj tandemskih sončnih celic omogoča nadaljnje dolgoročno padanje cene pridobivanja električne energije iz energije sonca. Zato lahko pričakujemo, da se bo zaradi nizkih cen, konkurenčnosti in trajnostnega vidika število sončnih elektrarn v prihodnjih letih močno povečevalo, s tem pa tudi njihov delež v OVE.

Sončna celica
Sončna celica

Kaj prinaša predstavitev vaše inovacije v znani mednarodni reviji Science, se je za vaš projekt povečalo zanimanje na trgu in med znanstveniki?

Objava je seveda vzbudila veliko zanimanja, z učinkovitostjo pretvorbe se namreč nezadržno bližamo magični meji 30 %. Večina raziskovalcev in podjetij s našega področja je že dobro seznanjena s potencialom tandemskih sončnih celic, tako da tukaj dodatnega zanimanja ni pričakovati. Upam pa, da takšne objave vzbudijo zanimanje širše javnosti za delo nas raziskovalcev in za zelene tehnologije, ki jih bomo morali pospešeno uvajati, da vsaj ublažimo učinek podnebnih sprememb. Po drugi strani so pa takšne objave koristne tudi za nas raziskovalce, saj nam povečajo možnosti financiranja in omogočajo nova sodelovanja z različnimi inštituti.

Kje so največje ovire pri uvajanju fotovoltaike kot nizoogljične tehnologije in kakšne so priložnosti za slovenska podjetja pri izdelavi komponent za fotovoltaiko?

Največja ovira fotovoltaike je nekonstantnost proizvedene moči, ki je zelo odvisna od trenutne osvetlitve. Energije ponoči ne moremo pridobivati. Prav tako se količina proizvedene energije spreminja med dnevom in ob npr. prehodu oblakov pred soncem. Za zmanjšanje teh vplivov na energetsko omrežje se razvijajo pametna omrežja in baterije za shranjevanje energije. Pri fotovoltaiki je zanimivo tudi spremljanje delovanja elektrarne in posameznih fotonapetostnih modulov. Vsi ti segmenti ponujajo možnosti za inovacije in razvoj tako novih kot tudi že obstoječih podjetij. V Sloveniji imamo kar nekaj podjetij, ki se ukvarjajo s fotovoltaiko, npr. BISOL, Robotina, ETI.

Če damo sončne celice na LCA analizo, se vedno znova soočamo s problemom surovin – pri izdelavi in reciklaži po življenjski dobi izdelka. Kakšni so premiki znanosti na tem področju?

Poleg lovljenja rekordnih izkoristkov se znanost in predvsem industrija osredotočata na podaljšanje življenjske dobe fotonapetostnih modulov. Pričakovana doba, v kateri se učinkovitost modula zmanjša na 80 % začetne moči, se je tako podaljšala z 20 na 30 let in bo verjetno še naraščala. Zaradi tega tudi večina modulov, postavljenih po letu 2005, ko se je začel fotovoltaični boom, še vedno obratuje. V bližnji prihodnosti bo število odpadnih panelov naraščalo, je pa možno kar velik del modula reciklirati in ponovno uporabiti. Takšna sta recimo steklo in kovinski okvir, pa tudi sam silicij bi se dalo ponovno uporabiti. Zakonodaja ponekod zahteva, da panele proizvajalci po prenehanju delovanja vzamejo nazaj. S tem se bo zagotovo povečala in pospešila želja po recikliranju. Na trgu se bodo pojavile nove priložnosti.

Naložbo sofinancirata Republika Slovenija in Evropska unija
iz evropskega sklada za regionalni razvoj. Sofinanciranje spletne strani je bilo pridobljeno preko Vavčerja za digitalni marketing.