Elektrą gaminantys drabužiai, langai ir laikrodžiai – ar tai saulės elementų ateitis?

Pirmieji saulės elementai sukurti dar praeito amžiaus 6-ajame dešimtmetyje garsiąjame „Bell Labs“, tačiau tam, kad jie atsirastų ant mūsų namų stogų prireikė kone 70 metų. Šiandien Lietuvoje turime virš 150 tūkst. elektros energijos gamintojų, o saulės energetika sudaro virš 15 proc. visos Lietuvoje pagaminamos elektros. Skaičiai įspūdingi, tad pasigirsta kalbų, jog ateityje elektrą gaminsime ne tik ant namo stogo, bet ją generuos ir pastatų sienos, langai, nešiojami prietaisai ar net mūsų drabužiai.

„Ar tai įmanoma? Paprastas atsakymas – taip, tokie sprendimai įmanomi ir šiandien jau turime tai įgyvendinti leidžiančias technologijas. Tačiau tam, kad tai apsimokėtų ekonomiškai, turi atsirasti ir visa infrastruktūra, tiekimo grandinės, teisinis reguliavimas“, – teigia Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkas dr. Artiom Magomedov.

Spalio 9–10 d. vyksiančioje Lietuvos ir Masačusetso technologijos instituto (MIT) organizuojamoje konferencijoje „Human and More-Than-Human Futures: Innovating Technologies for Coexistence“ apie saulės elementų ateitį kalbėsiantis KTU ekspertas teigia – tradiciniai silicio saulės elementai šiandien yra puikus pavyzdys to, kaip toli yra pažengusios saulės elementų technologijos. Visgi šiandien nuolat gerinami šių elementų efektyvumo rodikliai – ypač tandeminių saulės elementų – leidžia sutelkti dėmesį į jų plėtrą ir kitose srityse ar net galvoti apie naujos kartos saulės elementų komercializavimą.

„Šiuo metu silicio saulės elementų efektyvumo rekordas yra arti 28%, kai tuo tarpu su tandeminiais saulės elementais yra pasiektas beveik 35% efektyvumas. Tad šiuo metu vis daugiau dėmesio skiriama ne šių elementų efektyvumo gerinimui, tačiau jų stabilumo bei integravimo į įvairius prietaisus klausimams. Viršijus 30% efektyvumo ribą daug pasaulio kompanijų pradėjo investuoti būtent į tandeminių saulės elementų technologiją, taip priartindamos ją prie realios rinkos“, – teigia A. Magomedov.

Pirmieji bandymai jau įvyko

Skaičiuotuvai su integruotais saulės elementais seniai nieko nebestebina. Šiandien taip pat esama ir išmaniųjų laikrodžių su saulės elementais papildytomis dizaino detalėmis. Tiesa, kol kas jų sugeneruojamos energijos užtenka tik prailginti prietaiso veikimo laiką, o ne visiškai atstoti mums įprastą įkrovimo funkciją.

Per dešimtmetį silicio saulės elementų technologija pažengė į priekį, tačiau net ir šiandien tokiems elementams pagaminti reikia tam skirtos infrastruktūros ir didelių resursų. Tad alternatyvių saulės elementų medžiagų tobulinimas tampa itin svarbus regionams, kurie negali pasigirti išvystyta silicio tiekimo infrastruktūrą – tarp jų yra ir Europa.

„Silicio saulės elementams gaminti naudojamos itin sudėtingos technologijos, tačiau Europoje mes neturime tam pakankamai išplėtotos infrastruktūros. Dėl tos pačios priežasties ir puslaidininkių pramonė plėtojama ne čia, o, pavyzdžiui, Taivane. Kita vertus, naujos kartos medžiagos – organiniai puslaidininkiai, gaminami iš anglies atomų – turi unikalių pranašumų, leidžiančių galvoti apie mums Europoje prieinamų metodų – liejimo, spausdinimo, purškimo – panaudojimą gaminant saulės elementus. Taip pat šių puslaidininkių savybės gali būti keičiamos atomų lygmenyje, kas leidžia geriau suderinti atskirus saulės elementų komponentus“, – teigia A. Magomedov.

Vokietijoje jau kelerius metus eksperimentuojama su būtent tokiais organiniais puslaidininkiais paremtais saulės elementais, o tiksliau – kuriami plėveles primenantys saulės elementai, kurie, skirtingai nei tradiciniai, gali būti lengvai klijuojami ant namų sienų, stogų ar kitų šiandien saulės energijos generavimui neišnaudotų paviršių. Visgi ir čia, pastebi KTU tyrėjas, didelės komercinės sėkmės kol kas nematyti, mat šių panelių efektyvumas nusileidžia tradiciniams ar naujos kartos tandeminiams saulės elementams.

„Aš manau, kad, sėkmės atveju, būtent tandeminiai silicio ir perovskito saulės elementai gali tapti pirmuoju masinės gamybos produktu, panaudojant pažangias organines bei hibridines medžiagas. Tai leistų toliau vystyti įvairius produktus naujos kartos saulės elementų pagrindu“, – svarsto KTU ekspertas. Anot jo tandeminių saulės elementų pažangą liudija ir tai, jog pasaulyje jau šiandien randasi pirmieji tokių saulės elementų parkai.

Ateities perspektyvos – ir kosmoso pramonėje

Nors esame įpratę matyti saulės elementus ant namų stogų ar saulės elektrinių parkuose, A. Magomedov primena – vienas pirmųjų šios technologijos pritaikymo būdų buvo ne kas kita kaip kosmoso pramonė. Čia vienos saulės panelės ilgis, NASA duomenimis, gali kartais siekti ir daugiau nei 14 metrų, o visas saulės panelių masyvas būti didesnis už profesionalaus krepšinio aikštelę. Būtent tokių pajėgumų reikia norint užtikrinti kai kurių kosminių laivų ar palydovų aprūpinimą jiems būtina energija.

„Tandeminiai saulės elementai kosmoso pramonėje jau yra standartas, tačiau čia naudojamas galio arsenidas – visiškai kitokia technologija. Ji yra itin patvari, tačiau taip pat ir be proto brangi. Jeigu lygintume su mums įprastomis saulės panelėmis, vieno vato kaina kosmose kainuoja tūkstančius kartų daugiau“, – pasakoja KTU mokslininkas.

Visgi šiandien pingant kelionėms į kosmosą, atsiranda poreikis tobulinti ir šioms reikmėms naudojamus saulės elementus – didinti jų efektyvumą, lankstumą ir tuo pačiu mažinti kainą bei svorį. Iššūkių, žinoma, kelia mums Žemėje neįsivaizduojamos atšiaurios kosmoso sąlygos – kelis šimtus laipsnių siekiantys temperatūrų svyravimai, radiacija.

„Silicis – viena populiariausių medžiagų gaminti saulės elementus – visiškai neatlaiko tokių atšiaurių sąlygų. Tačiau čia atsiranda perovskitai, kurie, kai bebūtų keista, Žemėje bent kol kas yra mažiau patvarūs, lengviau degraduojantys, tačiau kosmoso sąlygas pakelia žymiai geriau. Ir tai yra nauja niša mokslui“, – aiškina A. Magomedov.

„Prieš kelerius metus mūsų sukurtos medžiagos davė pradžią naujai tyrimų krypčiai organinių puslaidininkių srityje ir šiuo metu jau yra sukurta virš šimto naujų medžiagų, veikiančių mūsų pasiūlytu principu. Neseniai tos pačios medžiagos buvo panaudotos ir silicio saulės elementuose – mums kaip mokslininkams visada smagu pamatyti tokį netikėtą išradimo pritaikymą“, – pasakoja KTU tyrėjas.

Spalio 9–10 d. Vilniuje ir Kaune vyks Lietuvos ir Masačusetso technologijos instituto (MIT) konferencija „Human and More-than-human Futures: Innovating Technologies for Coexistence“. Spalio 9 d. 11.20 val. Vilniaus universitete KTU mokslininkas dr. Artiom Magomedov skaitys pranešimą „Advanced Organic Molecules for Next Generation Solar Cells“. Registracija – privaloma.