Jakie technologie PV zrewolucjonizują świat fotowoltaiki? Z cyklu EasySolar.
Ogniwa fotowoltaiczne pierwszej generacji niemal całkowicie zdominowały rynek fotowoltaiki. Najwyższa teoretyczna sprawność konwersji dla tej technologii to 29% (Martin Green: 33%) i ogniwa krzemowe zbliżają się do niej wielkimi krokami.
Szacuje się, że wartość ta może zostać osiągnięta nawet ok. 2030 roku, głównie dzięki optymalizacji procesu metalizacji, pasywacji emitera oraz lepszej jakości wykorzystywanych w produkcji materiałów. Ale sprawność to nie jedyny czynnik determinujący koszt LCOE. Spore znaczenie ma również redukcja strat na poziomie ogniwo-panel, zastosowanie technologii obustronnych paneli, trackerów i systemów skupiających promieniowanie słoneczne.
Sprawność a cena
Czy technologie drugiej (ogniwa cienkowarstwowe) i trzeciej (m.in. ogniwa tandemowe) generacji mają szansę podbić rynek zdominowany od wielu lat przez ogniwa krzemowe? Według raportu Uniwersytetu z Massachusetts (MIT) w najbliższej przyszłości na pewno nie.
Niektóre technologie ogniw wprawdzie pozwalają na osiąganie bardzo wysokich sprawności przewyższających nawet maksymalną teoretyczną sprawność konwencjonalnych paneli krzemowych, jednak ich wysoka cena całkowicie blokuje wejście na rynek masowy. Są to np. ogniwa korzystające z elementów skupiających promieniowanie słoneczne (jak ogniwo o sprawności 46% od Soitec/Fraunhofer) lub wykorzystujące strukturę tandemową (jak ogniwo o sprawności 38,8% od Boeing/Spectrolab).
Do tego dochodzi problem z toksycznością niektórych pierwiastków (jak kadm w ogniwach CdTe) lub wpływ aktualnej ceny rynkowej krzemu (ogniwa a-Si z uwagi na niskie zużycie krzemu są opłacalne jedynie, gdy cena krzemu jest wyższa niż 20 dol/kg). Nawet niektóre, tańsze technologie ogniw wyższej generacji, jak ogniwa organiczne, są zwyczajnie zbyt mało stabilne.
Dostępność materiałów
Obfitość powłoki ziemskiej w potrzebne do produkcji ogniw fotowoltaicznych pierwiastki chemiczne jest zróżnicowana. Istnieją badania, które wskazują na to, że produkcja paneli krzemowych stanie się problematyczna, gdy produkcja energii z PV będzie stanowiła 50% światowej produkcji energii. Może się tak stać jeszcze przed 2050 rokiem.
Poza krzemem, wyzwanie może stanowić wykorzystanie srebra używanego do produkcji metalicznych kontaktów, chociaż pojawia się coraz więcej inicjatyw zastąpienia tego pierwiastka innymi, tańszymi elementami. Ograniczona jest też dostępność galu, telluru oraz selenu, potrzebnych do produkcji ogniw drugiej generacji.
Z punktu widzenia dostępności wymaganych surowców, technologie cienkowarstwowe, perowskity, CZTS oraz ogniwa z kropkami kwantowymi mogą okazać się świetnymi technologiami dla dużych farm fotowoltaicznych, nawet jeśli PV pokryje 50% globalnej produkcji energii przez 2050 rokiem.