Polacy poprawili wydajność ogniw słonecznych przy pomocy koncentratorów barwnikowych

• Polacy poprawili wydajność ogniw fotowoltaicznych, używając koncentratorów barwnikowych.
• Barwniki mają za zadanie skupiać promieniowanie słoneczne.
• Generacja wzrosła o 1,21%.

W Polsce po raz pierwszy naukowcy podjęli próbę zwiększenia efektywności ogniw fotowoltaicznych, stosując nowy rodzaj koncentratora bazującego na barwnikach. To innowacyjne urządzenie wykorzystuje barwione i luminescencyjne szkło akrylowe, znane jako polimetakrylan metylu, które, jak wskazują badania, podnosi produkcję energii o 1,21%.

Naukowcy z Politechniki Śląskiej w Gliwicach przeanalizowali możliwość zwiększenia efektywności modułów fotowoltaicznych przy użyciu koncentratorów barwników. Odkryli, że takie zastosowanie może poprawić sprawność modułów od 0,05% do 1,42%. Eksperci wyjaśnili, że barwniki używane w ich koncentratorach różnią się wymaganiami od tych stosowanych w barwnikowych ogniwach słonecznych (DSSC), znanych również jako ogniwa Grätzela, które przetwarzają światło na energię elektryczną za pomocą fotosensybilizatorów. Barwniki DSSC absorbują światło i przekazują elektrony do nanokryształów tlenkowych, które następnie generują prąd elektryczny.

Fotosensybilizatory są przymocowane do powierzchni nanokrystalicznych mezoporowatych filmów dwutlenku tytanu, które są nasycone elektrolitami redoksowo-aktywnymi lub stałym materiałem transportującym ładunek. Celem całego projektu jest generowanie prądu elektrycznego poprzez przenoszenie elektronów z fotosensybilizatora do wyjścia elektrycznego, takiego jak urządzenie lub jednostka magazynująca.

Wybrane koncentratory barwników
Zdjęcie: Politechnika Śląska, Frontiers in Energy Research

Barwniki kluczowe dla całego eksperymentu

Wymagania dotyczące barwników używanych jako koncentratory są mniej rygorystyczne niż dla tych w komórkach DSSC. Muszą one mieć wysoką stabilność, zdolność do skupiania światła słonecznego i długoterminową użyteczność. Barwniki te, skupiające promieniowanie słoneczne na ogniwie krzemowym, nie wytwarzają prądu i nie muszą przechodzić przez reakcje chemiczne ani mieć właściwości redoksowych.Naukowcy zastosowali koncentratory barwnikowe w odcieniach żółtym i czerwonym, zarówno luminescencyjne, jak i pigmentowane. Koncentratory są wykonane z barwionego i luminescencyjnego szkła akrylowego, znanego jako polimetakrylan metylu (PMMA). W badaniach uwzględniono takie parametry jak temperatura ogniwa oraz intensywność oświetlenia.

„Przeprowadzone testy wykazały średni wzrost wydajności ogniw o 1,21% dla czerwonego luminescencyjnego PMMA, 0,25% dla żółtego luminescencyjnego PMMA, 0,41% dla żółtego pigmentowanego PMMA i 0,13% dla czerwonego pigmentowanego PMMA”

sprecyzowali badacze

Zespół zidentyfikował czerwony luminescencyjny PMMA jako najlepiej działający spośród testowanych koncentratorów. Stwierdzili, że ta technologia ma potencjał do poprawy wydajności ogniw słonecznych, szczególnie w krajach, które przeżywają wszystkie cztery pory roku i mają znaczące rozproszenie promieniowania słonecznego w zimie. Ponadto zauważyli, że proponowane koncentratory są idealnym rozwiązaniem dla dużych systemów fotowoltaicznych oraz dla obszarów, gdzie występuje rozproszenie światła naturalnego, ponieważ mogą one funkcjonować nawet bez bezpośredniego napromieniowania.

Źródła: pv-magazine, Brągoszewska, E., Bogacka, M., Wajda, A., Milewicz, B.: “Zwiększenie wydajności ogniw fotowoltaicznych poprzez zastosowanie koncentratorów barwników”; Frontiers in Energy Research