Pół roku temu na obrzeżach Amsterdamu powstał nietypowy 70-met-rowy odcinek ścieżki rowerowej. Ścieżka wytwarza prąd dzięki ogniwom słonecznym wbudowanym w jej nawierzchnię. Przez sześć miesięcy wyprodukowała 3 tys. kilowatogodzin – tyle, ile zużywa rocznie małe gospodarstwo domowe. Jednak instalacja kosztowała aż 3 mln euro.

„Najniższy koszt wytworzenia jednego kilowata energii elektrycznej to ok. 4 centów za kilowatogodzinę. Takim rezultatem mogą się po-chwalić elektrownie spalające węgiel brunatny. Energia słoneczna osiągnie ten poziom zapewne około roku 2030” – mówi prof. Agnieszka Iwan, kierownik Pracowni Nowych Technologii w Oddziale Technologii i Materiałoznawstwa Elektro-technicznego Instytutu Elektrotechniki we Wrocławiu. Według analizy specjalistów ze Stanford University do 2010 r. energetyka słoneczna była na minusie. Produkcja baterii pochłaniała więcej energii, niż potem udawało się z nich uzyskać. Dziś ten sektor zaczyna odrabiać straty, a ogniwa produkujące prąd wkrótce mogą pojawić się niemal wszędzie. 

Krzem: Walka o większą wydajność

Stosowane dzisiaj powszechnie krzemowe baterie słoneczne są nadal mało wydajne. Na prąd zamieniają tylko nieco ponad 20 proc. światła, które do nich dociera. Jednak i tu widać postęp. W ostatnim czasie  popularność zyskują tzw. ogniwa wielozłączowe – zbudowane z różnych materiałów, które pochłaniają światło o różnej długości fali. Mają one dużo wyższą sprawność, ale są bardzo drogie. Z tego powodu były stosowane głównie w sondach kosmicznych.

Udało się je jednak przystosować do pracy ze światłem skupionym przez lustra lub soczewki. Oznacza to, że samo ogniwo może być wielokrotnie mniejsze niż powierzchnia, z której zbiera światło. To z kolei wielokrotnie obniża koszty. Sprawność wielozłączowych ogniw cały czas rośnie. W grudniu inżynierowie firmy Soitec i naukowcy z niemieckiego instytutu Fraunhofer ISE pobili w warunkach laboratoryjnych rekord, zamieniając na elektryczność aż 46 proc. energii świetlnej.

 Dlaczego warto budować elektrownie słoneczne na wodzie?

Panele słoneczne umieszczone na po-wierzchni stawów czy zalewów produkują o ponad 10 proc. więcej prądu niż lądowe. Sprawność ogniw krzemowych zależy od temperatury – jeśli jest im za gorąco, pracują gorzej. Woda doskonale je chłodzi. Z kolei pokrycie zbiornika wodnego panelami spowalnia ich wysychanie i ogranicza namnażanie się szkodliwych glonów. Japończycy wybudowali niedawno dwie potężne elektrownie na stawach Nishihira i Higashihira w pobliżu miasta Kato. Mają one wystarczającą moc, aby zasilić tysiąc gospodarstw domowych. Konstrukcja jest przy tym na tyle wytrzymała, że ma poradzić sobie nawet z uderzeniem tajfunu. Podobne elektrownie powstają też w Brazylii, Indiach, Australii, Korei Płd. i USA.

Polimery: Ogniwa, które można wyginać

Marzeniem wielu uczonych pracujących nad odzyskiwaniem słonecznej energii są ogniwa nie tylko wydajne i niedrogie, ale też takie, które można będzie zamontować praktycznie gdziekolwiek. Krzemowe baterie są ciężkie, sztywne i łamliwe. Stąd pomysły na zastąpienie ich ogniwami opartymi na materiałach organicznych. „Są one mało toksyczne, elastyczne i lekkie. Szacuje się, że docelowo organiczne ogniwa będą ok. 10 razy tańsze od krzemowych” – mówi prof. Iwan.

Niedawno grupa australijskich badaczy zaprezentowała organiczny „słoneczny tusz”. Za pomocą drukarek można go nanosić na giętkie materiały z tworzyw sztucznych. W ten sposób powstają baterie słoneczne. Na razie mają powierzchnię kartki A3. Docelowo takimi ogniwami będzie można pokrywać nawet elastyczne etui na telefony czy tablety. Organiczne baterie mają jednak poważne wady. Pierwsza to niska sprawność, nawet w porównaniu z klasycznymi ogniwami krzemowymi. Druga – krótka żywotność. Nad ulepszeniem organicznych ogniw – także tych elastycznych, nanoszonych na folię z tworzywa sztucznego – pracują m.in. polscy naukowcy w pracowni kierowanej przez prof. Agnieszkę Iwan. Udało im się zwiększyć sprawność tego rodzaju baterii za pomocą zmodyfikowanego grafenu.