Fotovoltaika naśladująca naturę- ogniwa DSSC.

Jedne z najlepszych wynalazków powstawały poprzez podglądanie natury i jej naśladowanie. Ludzka technologia dąży do rozwiązań bardziej efektywnych w sensie bardziej sprawnych. Natura pokazuje jednak, że nie zawsze wysoko-efektywne rozwiązania są najlepsze, myślę tu zjawisku fotosyntezy zachodzącym we wszystkich roślinach. Proces mimo małej sprawności jest bardzo wydajny, bowiem zachodzi w szerokim spektrum promieniowania a do zajścia procesu nie trzeba bezpośredniego oświetlenia wystarcza znacznie słabsze (o mniejszej wartości energetycznej) promieniowanie rozproszone. Z jakiejś przyczyny ewolucja nie doprowadziła do wzrostu sprawności procesu fotosyntezy bardziej istotna była elastyczność. Ewolucja premiowała tanie energetycznie rozwiązanie za to mniej wydajne – patrząc na naszą jeszcze zieloną planetę droga ewolucji chyba była słuszna.

Ten krótki wywód na temat roślin i ewolucji będzie służył udowodnieniu tezy, że proces folovoltaiczny wzorem fotosyntezy wcale nie musi być wysoce sprawny, aby był efektywny. Ogniwa PV oparte na krzemie zrobiły olbrzymi postęp przez ostatnie 50 lat. Od sprawności ok. 1% produkowane są już moduły z koncentratorami promieniowania przekraczające 30% i jeżeli nie nastąpi jakiś przełom to możliwości krzemu już się wyczerpały. Wprowadzenie błon krzemowych obniżających warstwę krzemu 100 krotnie pozwala obniżać koszty modułów jednak technologia ta ma jedną zasadniczą wadę. Do wydajnej pracy moduły krzemowe wymagają bezpośredniego promieniowania słonecznego a do tego są bardzo wrażliwe na kąt jego padania. Z tego też powodu uważam, że w dziedzinie ogniw PV potrzebujemy innego rozwiania, które pozwoli na produkcję energii elektrycznej w mniejszym uzależnieniu od warunków promieniowania.

W mojej opinii przełom w tej technologii może przynieś rozwiązanie opracowywane przez firmę Dyesol, o której już wspominałem na blogu. Firma ta pracuje nad ogniwami fotochemicznymi i jest liderem technologii DSSC skrót od słów, „Dye Sensitized Solar Cells” cała innowacja tej technologii polega na wykorzystaniu syntetycznych barwników (rutenowy barwnik, ale pracuje się na innymi) zastępujący chlorofil znajdujący się w roślinach a struktura liścia zastąpiona jest przez, nanostrukturę TiO2. Całości dopełnia elektrolit na bazie jodku znajdujący się pomiędzy barwnikiem a drugą powierzchnią przewodzącą elektryczność. Opis procesu w j. Angielskim pod adresem http://www.solaronix.ch/technology/dyesolarcells/

Całe ogniwo jest proste w budowie i nie wymaga dużych nakładów inwestycyjnych do uruchomienia linii produkcyjnej, przez co jest potencjalnie o wiele tańsze niż inne ogniwa PV. W dodatku cały proces produkcji ogniwa jest przyjazny dla środowiska i zużywa o wiele mniej energii.

Do tego główną zaletą ogniw DSSC i przewagą nad ogniwami krzemowymi jest mała wrażliwość na kąt padania promieniowania słonecznego, mogą pracować pod wpływem promieniowania odbitego i załamanego a także pod częściowym zacienieniem. Mimo sprawności konwersji promieniowania rzędu 7-10% mają znaczną przewagę nad ogniwami krzemowymi dzięki elastyczności ich zastosowania (obszary niewystawione na bezpośrednie oświetlenie).

Firma Dyesol to w dużej mierze wizjonerzy, którzy pracują również nad zastopowaniem swojej technologii w praktyce. Główne zadanie, jakie sobie stawiają to wkomponowanie ogniw DSSC w elementy budynku tworząc solarne domy niepotrzebujące zewnętrznego zasilania. Pracuje się nad przeźroczystymi barwnikami, które mogą być użyte w budowie okien. Czy nad elementami pokrycia dachu?

Jedną z pierwszych firm wprowadzającą technologię DSSC jest Brytyjska firma G4 Innovations. Pierwszym produktem są ładowarki do telefonów komórkowych zasilane ogniwami PV nowej generacji. Pierwsze testy wykazały, że ogniwa są w stanie pracować nawet w bardzo słabych warunkach oświetlenia wewnątrz i na zewnątrz budynku. Jednak Clemens Betzel prezydent G4 nie ukrywa, że wykorzystując tą technologię w wkrótce będą w stanie produkować ogniwa zasilające budynki bardziej konkurencyjnie cenowo niż ogniwa oparte na krzemie.

Moduły, PV oparte na DSSC produkuje również szwajcarska firma Solaronix http://www.solaronix.ch/,które poza podzespołami do produkcji ogniw proponuje same ogniwa niestety cena nie zachęca do zakupów ok. 5000 zł za 33W ogniwo.

Moim zdaniem ogniwa DSSC mają szansę na rozwój gdyż ani Solaronix ani G4 nie są to bardzo duże korporacje i nie prowadzą tak naprawdę masowej produkcji. Cena, która gra tu kluczową rolę z pewnością spadnie, jeżeli powstanie duża linia produkcyjna zwłaszcza w Chinach gdzie będzie można ograniczyć koszty, które są wysokie przy mało skalowej produkcji. Może ktoś w Polsce zainteresuje się tą technologią, bo moim zdaniem warto.

Pozdrawiam

Bogdan Szymański