|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 06/2009
Trzecia generacja baterii słonecznych. Dzięki „nanobranży”
|
|
Stan oraz rozwój gospodarki światowej zależą przede wszystkim od rytmiczności dostaw jak i kosztów wytwarzania energii elektrycznej. Obecnie wytwarza się ją w coraz większych ilościach z odnawialnych źródeł energii, wśród których obok wody i wiatru znaczącą pozycje zajmuje promieniowanie słoneczne via ogniwa fotowoltaiczne.
|
Dziś dominuje w nich krzem, który ma jednak znaczny udział w relatywnie wysokich kosztach tak inwestycyjnych, jak i eksploatacyjnych baterii słonecznych. Dlatego poszukuje się intensywnie nowych technologii bezpośredniego przetwarzania promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Koszty bowiem wytwarzania krzemowych ogniw fotowoltaicznych są bowiem ogromne i wynoszą obecnie 2 euro za 1 Wat instalowanej mocy.
Nowe, zaawansowane badania w tej problematyce wskazują, że ogniwa nanofotowoltaiczne będą w ciągu najbliższych pięciu lat tak inwestycyjnie, jak i eksploatacyjnie tańsze od krzemowych. Siłą napędową działań badawczo-wdrożeniowych tej technologii jest firma PLEXTRONICS w współpracy z uniwersytetem w Pittsburgu w USA. W ogniwach nanofotowoltaicznych mikrometrowej (µm) grubości tworzywa sztuczne wytwarzają energię elektryczną bezpośrednio z promieniowania słonecznego. Te tworzywa w stanie płynnym bywają nanoszone na przesuwane folie tak, jak drukuje się gazety.
W ramach „trzeciej generacji ogniw fotowoltaicznych” wytwarza się organiczne baterie słoneczne pod ogólną nazwą „Power Plastic”.
Aby maksymalnie przyspieszyć wytwarzanie tych ogniw na skalę przemysłową firma PLEXTRONICS podjęła współpracę z renomowanym INTERUNIVERSITY MICROELECTRONICS CENTRE (IMEC) w Leuven, w Belgii. Wciąż jeszcze niedostateczne są bowiem sprawności oraz żywotność ogniw nanofotowoltaicznych.
W warunkach laboratoryjnych sprawność tych baterii nie przewyższa 5,9% i obniża się już po kilku tygodniach, gdyż zastosowane substancje organiczne ulegają relatywnie szybko postępującej degradacji.
Specjaliści tak z firmy PLEXTRONICS, jak i z INTERUNIVERSITY MICROELE-CTRONICS CENTRE są przekonani, że te problemy przezwyciężą w najbliższym okresie, a w seryjnej produkcji koszty wytwarzania ogniw nanofotowoltaicznych nie przekroczą 0,50 euro za 1 Wat instalowanej mocy.
Nanotechnologia stwarza tak ogromne możliwości obniżenia kosztów wytwarzania energii elektrycznej bezpośrednio z promieniowania słonecznego, że w Niemczech rząd federalny wspólnie z przedsiębiorstwami energetycznymi postanowiły zainwestować w badania badawczo-wdrożeniowe 360 mln euro do roku 2012. Wsparcie finansowe otrzymują przede wszystkim wyższe uczelnie, które rozpracowują tak podstawy techniczno-procesowe, jak i problemy z obszaru chemii nad wytwarzaniem organicznych powłok elektronicznych wraz z przeprowadzaniem ich nadruku na odpowiednie taśmy, co stanowi znaczący fragment kompletnej produkcji omawianych ogniw. Całością omawianego przedsięwzięcia kieruje Stowarzyszenie Robocze Niemieckiego Związku Budowy Maszyn i Instalacji (VDMA) z celem podjęcia produkcji organicznej nanofotowoltaiki na skale wielkoprzemysłową przed 2015 rokiem.
Zakłada się również, że koszty wytwarzania tych ogniw będą poniżej 0,50 euro w odniesieniu do 1 W mocy.
Powlekanie odpowiedniej taśmy organicznym barwnikiem w postaci powłoki o grubości kilku µm nazywa się SPINCOATING, co rozpracowuje między innymi laboratorium koncernu BASF w Ludwigshafen, w RFN. Jest to największy koncern chemiczny w świecie.
Do czołówki światowej, opracowującej ogniwa nanofotowoltaiczne, należy drezdeńska firma HELIATEK, współdziałająca z politechnikami w Dreźnie oraz w Ulm na terenie Niemiec.
Znana firma BOSCH rozwija ogniwa nanofotowoltaiczne tym znamienne, że obejmują one podwójne organiczne powłoki fotoaktywne, dzięki którym efektywniej wykorzystuje się promieniowanie słoneczne, a przez to ich sprawność osiąga już teraz wartość 10%. Do roku 2011 uruchomi się tego typu baterie dla niewielkich odbiorników, a w parę lat później wielkogabarytowe ogniwa nanofotowoltaiczne na ogromną skalę.
Obecnie konkurują z sobą trzy kombinacje materiałowe dla wytwórczości ogniw nanofotowoltaicznych: PLEXTRONICS oraz KONARKA zajmują się powłokami, będącymi przewodnikami elektryczności w postaci łańcuchów cząstek polimerowych, które zamieniają światło w elektryczność (S. Rentzing; neue enegie, 54,4,2009r).
Cząsteczki węgla, znane jako fulereny, przesyłają ładunki elektryczne do elektrod ogniw, skąd odbierana bywa energia elektryczna.
Natomiast firma G-24 INNOWATION stosuje cząsteczki barwnika na bazie rutenu, który to związek chemiczny przemienia promieniowanie słoneczne w elektryczność. Działanie tego układu przypomina rolę chlorofilu w liściach roślin w ramach fotosyntezy ditlenku węgla z wodą do biomasy oraz tlenu.
Natomiast trzeci typ kombinacji materiałowej dla ogniw nanofotowoltaicznych opracowuje amerykańska firma NANOSOLAR w postaci nanokrystalitów z miedzi, indenu, galu oraz selenu. Nie wolno tej techniki utożsamiać z tzw. technologią cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych CIGS. W niniejszej rozprawie metale te są nanoszone na szklany nośnik w postaci opar w bardzo wysokiej temperaturze. Następnie zostają rozpuszczone w odpowiednich cieczach i jako roztwór nanoszone na taśmy metodą nadruku.
Rozstrzygającą korzyścią stosowania powyższych kombinacji materiałowych w ogniwach fotowoltaicznych w porównaniu z układami krzemowymi jest fakt, że te pierwsze nanosi się na folie w postaci powłok o grubości pojedynczych µm, jak w drukarniach gazet, a tymczasem płytki krzemowe bywają o grubości około 200 µm i tu tkwią główne przyczyny różnicy kosztów wytwarzania obu typów ogniw fotowoltaicznych.
Firma NANOSOLAR podjęła produkcję ogniw nanofotowoltaicznych na bazie krystalitów miedzi, indenu, galu oraz selenu w fabrykach w San Jose w Kalifornii, USA oraz w Luckenwalde koło Berlina na globalną roczną moc wytwórczą 430 MW przy własnych kosztach produkcyjnych, wynoszących jedynie 0,28 euro/W. Na wybudowanie oraz uruchomienie tych fabryk wydano już 400 mln euro.
Mimo wielu utrudnień techniczno-procesowych specjaliści czołowych krajów wszystkich kontynentów, zajmujących się wytwórczością ogniw fotowoltaicznych są przekonani, że nanobranża odniesie niebawem sukces technologiczny i „trzecia generacja” baterii słonecznych przyśpieszy rozwój wytwórczości energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. W tej dziedzinie nasz kraj znacznie odstaje od innych w Unii Europejskiej, a mamy niemałe możliwości techniczne do podjęcia wytwórczości oraz montażu baterii fotowoltaicznych na całym obszarze Polski.
|
|
|
|
