A napelemes rendszereket fénysebességgel feljesztik, és már kapuban a következő nagy ugrás.
Zöld energia
Az elmúlt évtizedben a napelemek ára 90 százalékkal csökkent – a legtöbb országban már olcsóbbak, mint a szénre vagy gázra alapozott fűtési technológiák. A magánszemélyek számára azonban a kezdeti kiugró költségek továbbra is akadályozhatják a zöldenergia felé történő elmozdulást. És bár a napenergia az egyik leggyorsabban növekvő zöld energiapiac, még mindig csak a világ villamosenergia-termelésének 3 százalékát teszi ki. Ha túl akarjuk élni a klímaváltozást, még hosszú út áll előttünk. A napenergiát még megfizethetőbbé kell tennünk, és itt jön is rögtön az első komolyabb probléma:
A legtöbb napelem szilíciumot használ, és a szilícium mostanában nagyot drágult. A szilíciumellátási láncban tapasztalható szűk keresztmetszetek miatt a napelemgyártás leállni látszik.
A szilícium felhasználásának problémái a következőképpen foglalhatóak össze:
-
a szilícium évtizedek óta uralja a napelemipart, bár más anyagok, például réz-indium-gallium-szelén (CIGS) és kadmium-tellurid (CdTe) is jelen vannak a piacon, mégis a szilícium a ma forgalmazott modulok több mint 95 százalékát teszi ki,
-
a napelemgyártó cégek azért fordulnak a szilíciumhoz, mert az hatékony és hosszú ideig tart. Egyetlen panel legalább 25 évig bírja, és a kezdeti teljesítményének több mint 80 százalékát biztosítja,
-
az előnyök ellenére a napelemek gyártási folyamatát lelassítja a kristályos szilícium nehézkes előállítása,
-
az elmúlt évben a szilícium ára az egekbe szökött, 300 százalékkal nőtt, miközben az Egyesült Államok például betiltotta a Kínából származó importot, mivel ott megsértették a gyermekmunkára vonatkozó nemzetközi normákat, így a bolygó második legnagyobb mennyiségben előforduló eleme ténylegesen hiánycikké vált az USA-ban.
A magánszemélyek számára azonban a kezdeti kiugró költségek továbbra is akadályozhatják a zöldenergia felé történő elmozdulást. Kép: Pexels
Mi lehet hát a megoldás?
Például az alternatív félvezetők: egyes vállalatok a szilíciumot az olcsóbb alternatívának számító perovszkittal helyettesítik. Ha sikerülne alacsony költségű perovszkit filmeket kereskedelmi forgalomba hozni, a napenergia-ipar drámaian megváltozhatna.
A perovszkit panelek ugyanis szinte minden egyéb anyagnál több energiát képesek előállítani a napsütésből – a szilícium napelemek árának töredékéért.
A perovszkit (vagy perovszkitokból készült – ezt később még elmagyarázzuk) napelemek hatékonysága a laboratóriumi fejlesztéseknek köszönhetően gyorsabban nőtt, mint bármely más napelemes anyagé, a 2009-es 3 százalékról 2020-ra több mint 25 százalékra. A technológia előtt még mindig számos technikai kihívás áll, melyeket le kell küzdeni, például a panelek tartósságának problémája. A napelempaneleknek elég stabilnak kell lenniük ahhoz, hogy néhány évtizedet túléljenek a zord kültéren, amin a perovszkitpanelek esetében még dolgoznak a kutatók.
A perovszkit kifejezés egyébiránt nem egyetlen adott anyagra, például a szilíciumra vagy a kadmium-telluridra, a fotovoltaikus birodalom más izgalmas anyagaira vonatkozik, hanem a vegyületek egy egész családjára. A szoláris anyagok perovszkit családját az 1839-ben felfedezett perovszkit ásványhoz való szerkezeti hasonlóságáról, és LA Perovski orosz ásványtudósról nevezték el. A perovszkitok egyik nagy előnye a szerkezeti hibákkal szembeni nagy tolerancia.
Ellentétben a szilíciummal, amely rendkívül nagy tisztaságot igényel ahhoz, hogy jól működjön az elektronikus eszközökben, a perovszkitok még számos tökéletlenséggel és szennyeződéssel is jól működnek.
„Kutatási szempontból a perovszkitok egyik nagy előnye, hogy viszonylag könnyen előállíthatók a laboratóriumban – a kémiai összetevők könnyen összeállnak. De ez a hátrányuk is: Az anyag szobahőmérsékleten nagyon könnyen összeáll, de nagyon könnyen szét is esik. Könnyen jött, könnyen ment!” – mondta róla Tonio Buonassisi, az MIT gépészmérnök professzora és a Fotovoltaikus Kutatólaboratórium igazgatója.
A kutatók a perovszkitok fejlesztésére fordított, mindössze néhány évnyi munkával olyan hatékonyságot értek el, amely a kadmium-tellurid (CdTe) napelemek szintjéhez hasonlítható, csak éppen azokon jóval régebb óta dolgoznak.
Összehasonlítva az 1 százalékos hatékonyságjavítás elérésére fordított kutatási időt, a perovszkitok esetében a haladás 100-1000-szer gyorsabb, mint a CdTe esetében.
További alternatívák
Egy kaliforniai startup más megközelítést alkalmaz. A Leap Photovoltaic startup olyan panelt tervezett, ami kiküszöböli a szilíciumlapokat, melyek a napelemek gyártásának legdrágább összetevői. A félvezetőket széles körben használják elektronikus áramkörök gyártására, például a napelemekben, a szilíciumlap pedig egy kristályos szilícium félvezető vékony szelete. A Leap Photovoltaic az ostyákat mellőzve, közvetlenül a szilíciumból gyárt kész napelem-modulokat, melyekből aztán napelemtáblák készülhetnek – írta meg a Fast Company.
Ezzel a napelemek költségét meg is felezték, így azok még több háztartás számára válhat megfizethetőbb energiaforrássá.
