Na trh zamíří nové solární panely. Výkonnější, levnější i menší

Cena fotovoltaických panelů se pohybuje okolo 4000 korun za metr čtvereční včetně nákladů za instalaci a podpůrnou elektroniku. Ročně vyrobí asi 180 kWh. Spotřeba menšího až středního domu je ale skoro dvacetinásobná, a to jen co se týče svícení a napájení běžných spotřebičů. S vytápěním dokonce čtyřiceti- až osmdesátinásobná – podle toho, jestli stavba využívá tepelné čerpadlo, nebo má jen přímotop.

I kvůli tomu se zatím Češi do pořizování vlastní solární elektrárny nehrnuli. Vše ale mění ukrajinsko-ruská krize, která mění názor nejenom u rodin, ale třeba i výrobních podniků. A nové státní dotace až do 50 procent pořizovacích nákladů je v tom podporují. Za pár měsíců už ale mohou i samotné fotovoltaické panely na trhu razantně zlevnit.

Vědci z Londýna a Hongkongu totiž vylepšili solární články z takzvaného perovskitu. Materiálu, který se často označuje jako zázračný jak pro budoucnost výroby obnovitelné energie, tak i dosažení bezemisních cílů.

„Cena bude oproti dnešním křemíkovým panelům o 30 až 50 procent nižší,“ prozradil exkluzivně pro redakci SZ Tech doktor Zhu Zonglong, vedoucí výzkumu ze City University of Hong Kong (CityU).

Základ perovskitu jsou krystaly o obecném vzorci ABX3, kde A a B jsou dva kationty, tedy kladně nabité částice, a X aniont, neboli záporně nabitá částice pojící kationty.

Ve fotovoltaice to sice podle schopnosti měnit světlo na elektřinu bývají různé chemické skupiny. Vždy ale mají tuto stejnou konfiguraci, která je volnější než pevná struktura křemíku.

Klíčové je, že ve výsledku jsou solární panely z perovskitu lehké, flexibilní, mají vyšší účinnost a oproti těm běžným křemíkovým je lze vyrábět za nižších teplot, a tedy i levněji, a to běžným sítotiskem. Firmy je mohou tisknout třeba na ohebné pásky a potahovat se jimi dají i okna, čímž se potenciál využití fotovoltaiky zásadně rozšiřuje.

„Jeden metr čtvereční křemíkového panelu zvládne nahradit zhruba 0,6 až 0,7 metru čtverečního perovskitových fotovoltaických článků,“ popsal doktor Zonglong pro SZ Tech další z výhod.

Dosud ale byla problémem vyšší chemická reaktivita a nestabilita zázračného materiálu. Za vysoké teploty a vlhkosti, tedy vlastně v běžném prostředí, se výrazně zkracovala jeho životnost. A právě to se týmu vědců ze City University of Hong Kong a Imperial College London na rozdíl od jiných badatelů a firem ve světě podařilo letos vyřešit a výsledky publikovat v uznávaném vědeckém časopisu Science.

Problematické vlastnosti vylepšili pomocí takzvaného ferrocenu, sloučeniny už po desítky let celosvětově zkoumané pro její unikátní vlastnosti. Ta má ve svém středu železo obklopené uhlíkovými prstenci, a obsahuje tak hodně elektronů.

Proto vědci z Londýna použili organokovovou sloučeniny na přechodovou vrstvu, která pomáhá perovskitu zachycenou solární energii lépe přenášet do nižších vrstev k její postupné přeměně na elektřinu. A navíc k uhlíkovým prstencům navázali další chemickou skupinu, která vylepšuje i soudržnost perovskitu v celém článku.

„Naše spolupráce s kolegy z Hongkongu byla vlastně náhodná. Došlo k ní potom, co jsem se o nových sloučeninách z ferrocenu zmínil doktoru Zonglongovi ze CityU, který mě poprosil o zaslání několika vzorků. Do pár měsíců nám jeho tým řekl, že výsledky jsou velmi vzrušující, poprosil mě o další vzorky a zahájili výzkum, který vyústil v účinnější i stabilnější perovskitové články,“ uvedl v tiskové zprávě profesor Nicholas Long, spoluautor výzkumu z Imperial College of London.

Výsledné fotovoltaické zařízení při testech dosáhlo jako první svého druhu na světě účinnosti až 25 procent. Což je část energie, kterou z ozářené plochy dokáže sklidit a přeměnit na elektrickou energii. Dnešní křemíkové panely se pohybují na hodnotách okolo 17 procent. Slunce přitom v Česku na jeden metr čtvereční nabízí asi 1 kW solární energie.

Perovskitové solární panely s vrstvou ferrocenu si navíc dokázaly i po více než 1500 hodinách nepřetržitého osvětlení zachovat 98 procent své původní účinnosti. Splnily také mezinárodní normy pro vyspělou fotovoltaiku (IEC 61215: 2016) a měly i velkou stabilitu při zkoušce vlhkým teplem, neboli v prostředí s 85 °C a 85 procenty relativní vlhkosti.

„Zařízení jsme si patentovali a cílíme na to, aby se panely dostaly na trh už v příštím roce. Ohledně možných komerčních partnerů nechceme v této fázi ještě informace zveřejňovat, oznámíme je později,“ prozradil dál pro SZ Tech doktor Zonglong.

Do doby, než hongkongská a londýnská univerzita uvedou příští rok perovskitové články na trh, budou dál experimentovat s dalšími konfiguracemi ferrocenu, které mohou výkon a stabilitu zařízení ještě zvýšit.

„Křemíkové panely jsou účinné, ale drahé, a my urgentně potřebujeme nové solární panely ke zrychlení přechodu na obnovitelnou energii. Stabilní a účinné perovskitové články mohou v důsledku rozšířit využití sluneční energie – od zdroje elektřiny pro země rozvojového světa až po novou generaci wearables (pozn. red. nositelná zařízení jako chytré hodinky, sluchátka, ale i ‚dobíjecí‘ oblečení),“ dodal profesor Long.