Budou nám okna vytvářet elektřinu?

Představte si město, kde okna nejenom že prosvětlují budovy, ale zároveň zachytávají sluneční energii a vytvářejí elektřinu. Připadá vám to jako sci-fi? Možná před pár lety, dnes už je to realita. Tato nová technologie nám opět o něco ztenčuje naši pupeční šňůru, která nás pojí k fosilním palivům a posunuje nás blíže k zelenější a čistší budoucnosti.

V aktuální studii vědci zkonstruovali vylepšenou verzi organického fotovoltaického článku (angl. OPV, organic photovoltaic cells), který je vysoce transparentní a zároveň účinný při tvorbě elektrické energie. To je právě ten kýžený krok k obnovitelným zdrojům energie, které jsou ekologicky šetrné, cenově dostupné a snadno integrovatelné do současné městské zástavby. Výsledky studie byly publikovány v časopise NATURE Phototomics.

Současné komerčně dodávané solární panely jsou z převážné části složeny z fotovoltaických článků obsahujících tenké plátky krystalického křemíku. Tyto články jsou poměrně efektivní v přeměně solárního záření v elektřinu, mívají účinnost kolem 15%. To je bezesporu jejich hlavní přednost, ovšem na druhé straně se potýkají s celou řadou problémů. Jejich hlavní nevýhoda spočívá v tom, že musejí být přesně orientovány, aby byly dostatečně osvětleny přímým slunečním světlem a i přes to mají problém s absorpcí difúzního světla. Navíc jsou poměrně těžké, neprůhledné a zabírají spoustu místa.

Technologie OPV článků je známa již téměř 30 let, ovšem až nyní si začíná získávat širší vědecký zájem, hlavně z důvodu levné výroby. I když zatím OPV články nedosahují takové účinnosti jako klasické křemíkové, jejich využití je mnohem širší. Jsou mnohem lehčí a flexibilní, což umožňuje jejich instalaci na nerovné povrchy. Jsou také mnohem citlivější na slabší sluneční záření a dokážou účinněji absorbovat i nepřímé difuzní světlo. To vše z nich dělá atraktivní fotovoltaickou technologii pro každodenní využití. Bezkonkurenční výhodou je právě konstrukce průhledných OPV, které mohou v budoucnu např. nahradit klasická okna v našich domácnostech. 

Ovšem stejně jako každá nová technologie i technologie OPV potřebuje neustále vylepšovat a optimalizovat. Hlavním směrem, kterým se nyní ubírá výzkum, je zvyšování účinnosti transparentních OPV.

„Je to ale malinko začarovaný kruh, protože pokud chceme zvýšit účinnost OPV, musíme zvýšit tloušťku elektrodové desky, tím však snížíme průhlednost a pokud naopak ztenčíme elektrodovou desku, klesne dramaticky účinnost OPV článku. Abychom tedy docílili průhlednosti srovnatelné se sklem, musíme mít elektrodovou desku tenkou jen několik nanometrů (1 nanometr = 10^-6 milimetru), což drasticky sníží kapacitu OPV článku“, říká vedoucí týmu Jordi Martorell z IFCO institutu. Vědce z IFCO institutu tedy napadlo přidat druhý, tentokrát ale polopropustný článek, čímž docílili účinnosti srovnatelné s klasickými nepropustnými fotovoltaickými články. Přidáním této unikátní polopropustné vrstvy byl článek schopný více absorbovat ultrafialové a infračervené záření, čímž se jeho účinnost zvýšila na 5,6% při zachování průhlednosti srovnatelné se sklem.

Pouhým okem nelze rozlišit, zda se díváte na obyčejné okno nebo na okno ukrývající transparentní OPV. To otvírá široké pole využití, ať už při výměně starých okem v budovách nebo při výstavbě tzv. BIPV (Building-Intergrated Photovoltaic technologies) neboli budov s již integrovanou fotovoltaickou technologií. K dosažení požadovaného architektonického cíle, lze dokonce vytvářet transparentní OPV v různých barvách. To lze jednoduše docílit nepatrnou změnou ve složení polopropustné vrstvy.

Prof. Jordi Martorell dále dodává: „Reálná aplikace této technologie v BIPV je již klepe na dveře (nebo chcete-li na okno), ale vlastní technologické využití je mnohem širší. Naše optimalizované OPV články by mohli nalézt uplatnění i v dalších odvětví výroby. Ve střednědobém horizontu bychom chtěli dosáhnout ještě vyšší účinnosti, což by umožňovalo napájet např. monitory, tablety, chytré telefony a další elektroniku.“

Budoucnost této technologie je zdá se velmi slibná. EU nedávno schválila projekt SOLPROCELL, jehož cílem je urychlit výzkum transparentních OPV s vyšší účinností, stabilitou a životností. Projekt bude zaštiťovat právě IFCO institut společně s konsorciem evropských předních výzkumných pracovišť a společností v této oblasti.

Autor: Ing. Jiří Bárta, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Rafael Betancur, Pablo Romero-Gomez, Alberto Martinez-Otero, Xavier Elias, Marc Maymó, Jordi Martorell. Transparent polymer solar cells employing a layered light-trapping architecture. Nature Photonics, 2013; DOI: 10.1038/nphoton.2013.276

Chun-Chao Chen, Letian Dou, Jing Gao, Wei-Hsuan Chang, Gang Li, Yang Yang. High-performance semi-transparent polymer solar cells possessing tandem structures. Energy & Environmental Science, 2013; DOI: 10.1039/C3EE40860D

http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131021095159.htm

http://www.sciencedaily.com/releases/2013/07/130729133634.htm