Przestarzałe metody pomiarowe
Podstawowy standard testowy ASTM G173 pochodzi z lat 70. ubiegłego wieku i opiera się na pomiarach wykonanych w specyficznych warunkach klimatycznych środkowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych. Przez ostatnie 50 lat atmosfera ziemska znacząco się zmieniła – stężenie dwutlenku węgla wzrosło z 370 do 426 części na milion, a parametry takie jak zawartość pary wodnej czy aerozoli różnią się drastycznie między regionami. Problem w tym, że warunki testowe nigdy nie występują jednocześnie w rzeczywistych instalacjach. To teoretyczny konstrukt, który słabo przekłada się na praktykę, szczególnie w krajach tak zwanej „strefy słonecznej”, gdzie mieszka większość światowej populacji.
Czytaj też: Akumulator cynkowo-powietrzny bije rekordy wytrzymałości. Dotychczasowi dominatorzy pójdą w odstawkę
Tradycyjne panele krzemowe, dominujące na rynku, radzą sobie całkiem nieźle z tymi rozbieżnościami. Ich szerokie spektrum odpowiedzi sprawia, iż wpływ lokalnych warunków jest minimalny i wynosi poniżej 0,5%. Zupełnie inaczej sytuacja wygląda w przypadku nowszych rozwiązań. W Brazylii, gdzie niebo ma intensywniejszy odcień błękitu niż zakładają normy, technologie cienkowarstwowe takie jak CdTe i perowskitowe mogą zyskiwać nawet 4% wydajności dzięki charakterystycznemu rozkładowi spektralnemu światła. To pokazuje, jak bardzo lokalne uwarunkowania wpływają na efektywność różnych rozwiązań.
Wyzwania dla zaawansowanych systemów
Największe problemy dotykają ogniw tandemowych perowskitowo-krzemowych, które uważane są za przyszłość fotowoltaiki. W warunkach tropikalnych mogą one tracić nawet 6% wydajności z powodu niedopasowania prądowego między warstwami. Mechanizm jest stosunkowo prosty: górna warstwa perowskitowa dobrze wykorzystuje niebieskie światło dominujące w tropikach, podczas gdy dolna warstwa krzemowa potrzebuje więcej czerwonego światła, którego w lokalnym widmie jest mniej. Ta dysproporcja prowadzi do znaczących strat energetycznych.
Inżynierowie znaleźli sposób na częściowe zniwelowanie tych problemów. Dwustronne panele fotowoltaiczne mogą kompensować straty poprzez wykorzystanie światła odbitego od powierzchni gruntu. W brazylijskich warunkach potrzebne jest albedo o wartości 50%, co oznacza konieczność stosowania specjalnych powierzchni odbijających połowę padającego światła. To sugeruje, że przyszłe instalacje w tropikach będą wymagały białych geomembran lub innych materiałów o wysokim współczynniku odbicia. Badania pokazują jednak, iż pomiary albedo bywają problematyczne, ponieważ wykluczenie bliskiej podczerwieni z obliczeń może zawyżać efekty spektralne nawet o 3%.
Jakie będą realia testów technologii fotowoltaicznych?
Sytuacja pokazuje, jak dynamicznie rozwija się technologia fotowoltaiczna i jak szybko stare standardy stają się niewystarczające. To, co sprawdzało się pół wieku temu dla prostych paneli krzemowych, dziś hamuje rozwój bardziej zaawansowanych rozwiązań. Potrzeba nowych standardów testowych dostosowanych do rzeczywistych warunków klimatycznych wydaje się oczywista. Bez nich ryzykujemy, że obiecujące technologie będą wdrażane z niepełną wiedzą o ich rzeczywistej efektywności w miejscach, gdzie są najbardziej potrzebne.
Czytaj też: Czystszy lit niż wymaga przemysł. Nowa metoda recyklingu bije na głowę dotychczasowe standardy
Moim zdaniem, problem ten ujawnia szerszy trend w technologiach energetycznych: często skupiamy się na maksymalizowaniu wydajności w idealnych warunkach, zapominając o adaptacji do rzeczywistych realiów. To przypomina trochę sytuację z samochodami elektrycznymi, które mają imponujące zasięgi w testach laboratoryjnych, ale w rzeczywistej jeździe w zimowym klimacie ich osiągi znacząco spadają. Dobrą wiadomością jest to, iż świadomość problemu rośnie, a naukowcy pracują nad jego rozwiązaniem. Pytanie tylko, czy nowe standardy powstaną wystarczająco szybko, aby nadążyć za dynamicznie rozwijającymi się technologiami.