Barwnikowe ogniwa słoneczne to stosunkowo nowe odkrycie na rynku ogniw słonecznych. Ich zasada działania jest zgoła różna od konwencjonalnych i znanych nam do tej pory ogniw PV. Choć wykazują się również o wiele niższą wydajnością, to niskie koszty wytworzenia ogniwa skutecznie zachęcają wielu inwestorów do wdrożenia takiego rozwiązania.
Charakterystyka barwnikowych ogniw słonecznych
W 1988 roku Brian O’Regan i Michael Grätzel wynaleźli barwnikowe ogniwa słoneczne. Zastosowanie na szerszą skalę zostało jednak prowadzone znacznie później. Obecnie ich maksymalna wydajność wynosi około 13%, co jest dość słabym wynikiem w porównaniu do standardowych ogniw krzemowych, jednak nadrabiają długą żywotnością i niskimi kosztami wytworzenia. Dzięki temu stają się coraz popularniejsze – nie tylko przy wytwarzaniu energii w gospodarstwach domowych.
Barwnikowe ogniwo słoneczne nazywane jest również ogniwem DSSC. Swoją nazwę zawdzięcza jednej ze swoich warstw, która jest wzbogacona o specyficzny barwnik, który aktywnie bierze udział w wytwarzaniu energii elektrycznej.
Z wyglądu wcale nie przypominają standardowych ogniw fotowoltaicznych. Barwnik jest umieszczany na przezroczystym szkle fotowoltaicznym, dzięki czemu cały moduł bardziej przypomina kolorowe witraże czy przyciemniane, dymione szyby. Tym samym wynalazek znalazł również zastosowanie w aranżacji wnętrz, gdzie jego walory estetyczne są bardzo doceniane.
Barwnikowe ogniwa słoneczne – zasada działania
Działanie takiego ogniwa w dużej mierze zależy właśnie od zastosowanego w nim barwnika. To on pochłania promieniowanie słoneczne i pobudza elektrony do ruchu, dzięki czemu wytwarzana jest energia elektryczna.
By jednak ogniwo słoneczne działało niezawodnie, użyta w nim substancja powinna:
- dobrze pochłaniać promieniowanie słoneczne,
- łatwo i trwałe wiązać się z materiałem nośnikowym,
- być odporna na działanie szkodliwych czynników korozyjnych, termicznych i chemicznych.
Im lepszy barwnik, tym wyższa efektywność ogniwa.
Proces wytwarzania
Wytwarzanie barwnikowych ogniw słonecznych jest bardzo proste i nie wymaga specjalistycznej aparatury. Tworzy się szkło solarne, które poddawane jest działaniu ultradźwięków i oczyszczaniu, dzięki czemu zyskuje swój niesamowity, kolorystyczny efekt. Najtańsze, ale równie dobre są drukowane ogniwa słoneczne. Te mają szerokie spektrum zastosowań, choć ich wydajność nie może być porównywalna z modułami krzemowymi.
Wady i zalety ogniw DSSC
Dość dużą zaletą barwnikowych ogniw słonecznych jest prostota ich wytworzenia, co przekłada się na niewielkie koszty produkcji, a tym samym są tańsze dla konsumenta końcowego. To jednak nie wszystko. Koniecznie należy również wspomnieć o:
- dobrym stosunku wydajności ogniw do ich ceny,
- możliwym zastosowaniu przy szerokim kącie padania promieni słonecznych,
- dobrej wydajności przy niewielkim natężeniu padania promieni,
- długiej żywotności, sięgającej aż 10 lat,
- dużej wytrzymałości na uszkodzenia mechaniczne,
- duże możliwości dostosowywania ogniw poprzez zmianę koloru czy przezroczystości.
Czy zatem barwnikowe ogniwa słoneczne nie mają wad?
Niestety wady również są obecne. Najbardziej znaczącą jest niska wydajność w porównaniu do krzemowych ogniw. W laboratorium osiąga się jedynie 13%, a w użytku codziennym jest to jedynie około 10%. To nie jest dobry wynik, choć niska cena pozwala zakupić więcej takich paneli, czym możemy zrekompensować niskie wskaźniki.
Inną wadą jest zastosowanie ciekłego elektrolitu, który w temperaturze pokojowej sprawdza się świetnie. Problemy jednak może sprawiać w trakcie mrozów lub wysokich upałów. Przy niskiej temperaturze może on zwyczajnie zamarznąć, co zmniejszy ruchliwość jonów. W wysokiej zaś zwiększa swoją objętość, przez co może nawet wypłynąć z ogniwa.
Zastosowanie
Zastosowanie tego wynalazku jest bardzo szerokie. Tego typu ogniwa nie służą jedynie montowaniu na dachach w celu zasilenia gospodarstw domowych. Zastosowanie barwnika sprawia, że docenione są również walory estetyczne tego rozwiązania. Bardzo ciekawym zastosowaniem są szyby fotowoltaiczne – lekko przyciemnione i kolorowe, które można zastosować jako:
- świetliki w dachach,
- przejrzyste ścianki w budynkach,
- fasady budynków,
- lekko przyciemniane szyby w standardowych ramach okiennych.
Barwnikowe ogniwa słoneczne są obustronne i aktywne nawet w świetle rozproszonym, odbitym czy o niewielkim natężeniu. Kupując takie szyby solarne, cena wynosi około kilkudziesięciu złotych za metr kwadratowy. Jest to więc całkiem atrakcyjna alternatywa dla zwykłego szkła. Średnia cena w tym wypadku wynosi od 65 do 140 złotych za metr kwadratowy – jest więc dość podobna.
Solarne torebki i samochody?
Jednym z ciekawszych rozwiązań jest zastosowanie takich ogniw w produkcji toreb czy plecaków, co umożliwia chociażby szybkie podładowanie laptopa czy smartfona, kiedy nie mamy dostępu do gniazdka elektrycznego. Niestety nie jest to jeszcze popularne rozwiązanie, ale dużo wskazuje na to, że wkrótce się to zmieni. Inne, ciekawe badania prowadzone są w dziedzinie motoryzacji, by barwnikowe ogniwa słoneczne zastąpiły obecnie stosowane szyby samochodowe. Różnica między używanymi dzisiaj szybami atermicznymi a solarnymi to jak porównanie nieba do ziemi. Nie tylko zachowają wszystkie swoje zalety związanie z przyciemnianiem wnętrza pojazdu i rozpraszaniem ostrego światła, ale również mogą być stosowane jako wsparcie akumulatora.
Gdzie kupić takie ogniwa?
Barwnikowe ogniwa słoneczne produkuje się również w Polsce – w Rzeszowie powstała niedawno fabryka zajmująca się produkcją drukowanych ogniw fotowoltaicznych – w tym również tych z barwnikami. Dzięki temu moduły tego typu są dostępne do zakupu w wielu firmach instalatorskich, które zajmują się tematyką OZE.
Ciekawostką jest również, że na rynku pojawiły się zestawy do samodzielnego stworzenia takich ogniw słonecznych. Znajdziemy je jako tzw. DSSC solar cell kits. Są wykorzystywane są w szkołach i na uczelniach, dzięki czemu przybliżają uczniom zagadnienia tej technologii. To również świadczy o tym, jak proste do wykonania są barwnikowe ogniwa słoneczne.
Barwnikowe ogniwa solarne zapoczątkowały prawdziwy przełom w dziedzinie fotowoltaiki. Pokazały, że ta technologia nie musi być wcale droga czy skomplikowana. Dodatkowo możemy ją wykorzystywać praktycznie wszędzie – nie tylko na dachach naszych domów. Są niesamowicie estetyczne, co sprawia, że chętnie wykorzystujemy je także we wnętrzach. Z niecierpliwością czekamy na rozwój tych ogniw i wyniki dalszych badań.
