25 Martie 2026, 16:28
Redacţia PiataAuto.md
În ultimii ani, multiple echipe de ingineri din diverse ţări au muncit intens pentru a spori randamentul panourilor fotovoltaice, adică procentul din lumina solară care ajunge pe suprafaţa lor, ce poate fi transformat în electricitate. În ultimul deceniu au existat progrese majore care s-au tot translat de la teste din laborator la panouri din viaţa reală, dar în ultimii doi-trei ani progresele anunţate de fiecare nou record de eficienţă erau foarte mici, uneori mai puţin de 0,1%. Părea că toate tehnologiile actuale cunoscute au ajuns la o limită fizică şi nu mai pot evolua mai mult. Dar de curând inginerii din Elveţia, de la renumita universitate EPFL, au făcut un salt major în tehnologie şi au atins un nou record de randament, semnificativ mai mare decât tot ce s-a realizat până acum. Diferenţa e atât de mare, încât inovaţia poate creşte substanţial producţia e energie.
Randamentul unui panou fotovoltaic e definit, aşa cum spuneam mai sus, ca procentul de lumină solară care ajunge pe suprafaţa lui, care poate fi transformat în electricitate. Iar aici trebuie să înţelegem că aproximativ 45-55% lumina solară care ajunge pe suprafaţa solară e inutilizabilă pentru un panou, în primul rând pentru că e în afara spectrului activ al panourilor. Spre exemplu, diapazonul de infraroşu din lumină nu e convertit. Prin urmare, maximul teoretic de randament a fi de până la 45-50%.
Dincolo de asta, mai există pierderi şi din spectrul utilizabil. Cea mai mare parte de pierderi sunt termice, în special dacă fotonii au mai multă energie decât cea care poate fi convertită. Spre exemplu, panourile cu siliciu folosesc 1,1 eV din foton, în timp ce aceştia pot avea până la 3 eV. Diferenţa ajunge să fie transformată în căldură, adeseori. De asemenea, între 2-5% din lumină se pierde în reflecţie, chiar şi cu suprafeţe ce tind să reducă acest efect fizic.
Mai apoi, există pierderi la recombinarea electronilor, pierderi rezistive la circulaţia curentului prin contacte de metal şi suprafeţe semiconductoare, iar uneori aceste pierderi de mai sus sunt amplificate, când afară e prea cald şi creşte în cerc vicios pierderea termică. Respectiv, în viaţa reală dacă panoul oferea 22-24% randament, e deja un indicator bun. Ba chiar se consideră că limita teoretică realistă pe panourile cu siliciu ar fi de 33%.
Folosirea de perovskit a adus un salt major mai ales în cercetările echipelor care lucrează la randament mai mare. Pervoskitul e un compus, care e în esenţă un oxid de calciu şi titan, meritul fizic al căruia pentru panouri fotovoltaice e în lărgirea spectrului de lumină utilizabilă. La panourile cu siliciu, toţi fotonii de sub 1,1 eV sunt omişi, iar cei prea mari faţă de această valoare îşi pierd diferenţa în căldură. Perovskitul poate fi ajustat mecanic în faza de producţie pentru a fi sensibil la un anumit spectru de lumină. Cea mai interesantă parte pentru perovskit sunt fotonii purtători de energie mai mare, pentru că acolo efortul e justificat cu mai multă energie captată. Mai multe echipe de ingineri au constatat că dacă se foloseşte perovskit în locul siliciului clasic, atunci, chiar dacă spectrul e mutat un pic, productivitatea finală creşte oricum. Per total, spectrul cel mai des utilizat de panourile cu perovskit e de 1,5-1,7 eV, deci spectru mai larg, cu mai multă energie de captat.
Dar foarte repede oamenii de ştiinţă s-au întrebat de ce n-ar folosi o combinaţie de două straturi, unul superior cu perovskit, care să capteze 1,5-1,7 eV, după care lumina rămasă să ajungă în stratul inferior şi să fie captată de siliciu, în zona 1,1 eV. Vorbim efectiv de un panou fotovoltaice cu straturi în tandem, unde perovskitul şi siliciul lucrează în echipă pentru a procesa dublu aceeaşi lumină şi mări substanţial randamentul. Aşa s-a ajuns să se atingă randament de până la 33% cu panouri tandem. Panourile cu un singur strat ating maxim puţin peste 27% randament.
De aici încolo evoluţia a fost mai lentă. Panourile cu perovskit s-au dovedit a fi mai puţin rezistente în timp la condiţiile lumii reale, ceea ce le-a împiedicat să se răspândească pe larg, pentru că ar fi rezistat vreo 7 ani, în loc de 20-25 ani, fiind şi mai scumpe din cauza complexităţii. Panourile cu un singur strat s-au tot blocat la evoluţii cu zecimi sau sutimi de procente, dar cele cu siliciu rămân în continuare dominante în lumea reală. Însă echipele de ingineri tot caută soluţii de a lungi durata de viaţă a perovskitului, şi eventual de mări şi mai mult randamentul.
Foto: Construcţia unui panou fotovoltaic în tandem
Ce s-ar întâmpla dacă s-a mai adăuga un strat de perovskit, care să fie calibrat pe un alt diapazon, iar astfel să se capteze un diapazon total şi mai mare? Poate s-ar ajunge la 35-45%? De fapt, asemenea aplicări există în cosmos, la sateliţi, şi ating 37% randament, dar nu şi în condiţiile pe pământ. Iar primele experimente cu panouri fotovoltaice cu trei straturi au arătat că pot funcţiona, dar apare un efect advers în condiţiile luminii solare care ajunge pe pământ, şi anume că e mai dificil de calibrat spectrele a trei straturi, care ele să nu se canibalizeze reciproc şi să nu reducă stratul inferior la irelevanţă. Cel mai mare randament la panourile cu 3 straturi de până acum a fost atins la 27,1%.
Cei de la EPFL însă, erau convinşi că aici e cheia de a debloca un randament mult mai mare, aşa că au muncit la precizia şi perfecţionarea unui concept promiţător. Ei au creat noul lor panou fotovoltaic cu un strat inferior de siliciu, peste care au aplicat alte două straturi de perovskit. Au folosit inginerie optică avansată pentru a calibra aceste două straturi astfel încât să cuprindă spectre complementare, iar stratul de siliciu preia fotonii mai slabi. Şi, surprinzător, noua lor realizare a făcut un salt imens de eficienţă, de la 27,1% cât avea recordul anterior a panourilor de acest tip, la 30,03%, deci aproape 3 puncte procentuale în îmbunătăţi de randament.
Dacă o asemenea îmbunătăţire de randament ar fi adus unui parc fotovoltaic de 100 MW, diferenţa ar fi uriaşă. Acelaşi număr de panouri, cu aceeaşi suprafaţă, nu ar mai avea o putere de 100 MW, ci de 110,8 MW. Asta înseamnă încă 10,8 MWh produşi într-o oră doar datorită faptului că aceste panouri elveţiene captează o proporţie mai mare din energia care cade pe ele. Deci, vorbim efectiv de o productivitate medie anuală cu 10,8% mai mare, decât recordul anterior.
Doar că elveţienii spun că ceea ce au reuşit ei acum e doar începutul unei căi extrem de promiţătoare, în care ei au descoperit cum pot structura corect din punct de vedere optic, cu textura necesară, cele două straturi de perovskit. Ei nu se grăbesc să plaseze în producţie ceea ce au realizat acum, pentru că spun că ţinta realistă pe care şi-o pun e să depăşească 40% în randament cu aceeaşi tehnologie, perfecţionată pe partea de inginerie optică. Ăsta ar fi potenţialul, şi dacă s-ar atinge, ar depăşi şi randamentul panourilor solare din spaţiu, puse pe sateliţi, deşi acele panouri costă de până la 1.000 ori mai mult.
Abia când vor atinge 40% şi mai mult randament, elveţienii vor definitiva şi protecţiile finale ale straturilor pentru durabilitate în viaţa reală şi vor trece în pregătirea de producţie. Iar Elveţia e una din ţările care a adus de-a lungul timpului printre cele mai valoroase contribuţii în industria panourilor fotovoltaice — în Elveţia se află cel mai vechi parc fotovoltaic din Europa, realizat în anii 80 ca obiect de studiu, care mai operează parţial şi azi şi tot elveţienii au inventat utilajele industriale pentru producţia la scară mare, industrială, a panourilor fotovoltaice. Deci, realizarea de acum vine pe fundalul unei experienţe enorme de inovaţii cu impact în acest domeniu. Iar luând în calcul că randamentul actual realist al panourilor disponibile pe piaţă e de circa 24%, atunci munca inginerilor elveţieni din următorii ani, de a le aduce la peste 40% şi a le face viabile pentru lumea reală, ar însemna o creştere enormă a randamentului de producţie de electricitate a parcurilor fotovoltaice.
2
2,858
ŞTIRI DE CARE AŢI PUTEA FI INTERESAT