Nowa technologia fotowoltaiki w opałach – słońce zamiast pomagać, zaczyna niszczyć panele
Fotowoltaika to dziś jeden z filarów transformacji energetycznej – wydajne, coraz tańsze panele słoneczne zyskują na popularności w domach i farmach przemysłowych. Na szczególną uwagę zasługują ogniwa TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), które dzięki wysokiej sprawności i obniżonym stratom energetycznym zostały okrzyknięte następcą technologii PERC. Jednak badania naukowe zaczynają ujawniać niepokojące fakty: promieniowanie UV-B, obecne w naturalnym świetle słonecznym, może znacząco przyspieszać proces degradacji TOPCon, obniżając ich trwałość i długoterminową efektywność.
- Mechanizm działania UV-B na strukturę ogniw TOPCon
- Badania laboratoryjne – jak szybko UV-B niszczy panele?
- Odwracalność czy trwałe uszkodzenia?
- Możliwe sposoby ochrony przed UV-B
- Konsekwencje dla rynku fotowoltaiki
- TOPCon: technologia przyszłości czy tykająca bomba fotowoltaiki?
Mechanizm działania UV-B na strukturę ogniw TOPCon
Promieniowanie UV-B to część światła słonecznego, której nasze oczy nie widzą, ale która ma bardzo dużą energię. To właśnie ono odpowiada m.in. za oparzenia słoneczne skóry. Jak się okazuje, potrafi ono szkodzić również panelom fotowoltaicznym. W przypadku nowoczesnych ogniw TOPCon szczególnie narażona jest cienka warstwa ochronna, która znajduje się wewnątrz panelu i odpowiada za „uszczelnienie” oraz utrzymanie wysokiej sprawności. Pod wpływem promieni UV-B w tej warstwie powstają mikrouszkodzenia i defekty, które obniżają zdolność ogniwa do zamiany światła na energię elektryczną.
Naukowcy zauważyli, że proces ten ma dość specyficzny przebieg. Na początku sprawność panelu gwałtownie spada, potem częściowo wraca do normy, by po pewnym czasie znowu się pogorszyć. To pokazuje, że panele same próbują się „naprawić”, ale tylko do pewnego momentu – ostatecznie szkody wywołane promieniowaniem się kumulują i prowadzą do trwałego spadku wydajności.
Badania laboratoryjne – jak szybko UV-B niszczy panele?
Aby sprawdzić, jak duży wpływ ma promieniowanie UV-B na panele słoneczne, naukowcy przeprowadzają testy w laboratoriach. Specjalne lampy emitujące światło o podobnym składzie do naturalnego słońca świecą przez wiele godzin bez przerwy na ogniwa, co pozwala zasymulować ich kilkuletnią pracę w warunkach rzeczywistych. Okazało się, że już po kilkuset godzinach naświetlania parametry paneli wyraźnie się pogarszają – spada zarówno napięcie, jak i prąd, a więc realna ilość produkowanej energii.
Co więcej, badacze odkryli, że nawet po wyłączeniu źródła światła proces degradacji może trwać dalej. Kiedy panele przechowywano przez dwa tygodnie w ciemności po wcześniejszym naświetlaniu, ich sprawność jeszcze bardziej spadła. To dowód na to, że promieniowanie UV-B uruchamia wewnętrzne procesy, które niszczą ogniwo także wtedy, gdy nie dociera do niego słońce.
Odwracalność czy trwałe uszkodzenia?
Pojawia się pytanie: czy takie szkody są nieodwracalne? Niektóre eksperymenty pokazują, że część zniszczeń można „naprawić”. Jeśli panel przez dłuższy czas pracuje w wysokiej temperaturze lub w intensywnym świetle, jego parametry nieco się poprawiają. To tak, jakby sam próbował się zregenerować. Jednak efekt ten jest ograniczony – panele nigdy nie wracają do pierwotnej sprawności i z każdym rokiem stają się słabsze.
Problemem jest także to, że obecne normy testowania paneli nie zawsze biorą pod uwagę pełny wpływ promieniowania UV-B. Oznacza to, że moduł może przejść oficjalne testy i trafić na rynek, a dopiero w warunkach codziennej pracy zacznie tracić moc szybciej, niż przewidywano. To pokazuje, że standardy muszą być zaktualizowane, by nadążyć za rozwojem nowych technologii.
Możliwe sposoby ochrony przed UV-B
Producenci paneli nie pozostają bezradni wobec tego problemu. Jednym ze sposobów jest stosowanie specjalnych folii i materiałów ochronnych, które zatrzymują część promieni UV zanim dotrą one do wnętrza ogniwa. W praktyce działa to jak filtr przeciwsłoneczny – podobnie jak krem chroni naszą skórę, tak odpowiednia folia może chronić delikatne warstwy półprzewodnika.
Inny pomysł to dodanie dodatkowych warstw ochronnych wewnątrz samego ogniwa, np. tlenku glinu. Takie powłoki tworzą barierę, dzięki której promienie UV-B trudniej uszkadzają newralgiczne elementy panelu. Połączenie nowoczesnych folii i dodatkowych warstw ochronnych może znacząco wydłużyć czas bezawaryjnej pracy modułów TOPCon.
Nie można też zapominać o wpływie długotrwałych testów w warunkach rzeczywistych – aby potwierdzić laboratoryjne obserwacje, konieczne są realne dane terenowe.
Konsekwencje dla rynku fotowoltaiki
Informacje o tym, że UV-B osłabia panele, są istotne nie tylko dla naukowców, ale i dla całej branży energetycznej. Jeśli technologia TOPCon ma stać się standardem na świecie, musi być odporna na naturalne warunki, w jakich pracuje – a promieniowanie słoneczne to przecież czynnik, którego nie da się uniknąć. Dla inwestorów oznacza to ryzyko, że zwrot z inwestycji może być niższy, jeśli panele zaczną szybciej tracić moc.
Z drugiej strony, TOPCon wciąż oferuje wyższą sprawność początkową niż starsze rozwiązania. Dlatego producenci intensywnie pracują nad poprawą odporności na UV-B. To wyścig z czasem – kto pierwszy wprowadzi skuteczne rozwiązania, ten zyska przewagę na globalnym rynku fotowoltaiki.
TOPCon: technologia przyszłości czy tykająca bomba fotowoltaiki?
Promieniowanie UV-B jest jednym z największych wyzwań dla ogniw TOPCon – technologii, która miała zrewolucjonizować fotowoltaikę. Z jednej strony umożliwia uzyskanie bardzo wysokiej sprawności, z drugiej może prowadzić do szybszego starzenia się paneli.Kluczem do sukcesu będzie stworzenie lepszych warstw ochronnych i stosowanie materiałów odpornych na promieniowanie.
Warto też pamiętać, że poza UV-B degradację TOPCon mogą przyspieszać inne czynniki, takie jak wysoka wilgotność, obecność zanieczyszczeń chemicznych (np. sodu czy kwasów) oraz naprężenia mechaniczne. Wspólne działanie tych elementów pokazuje, że wyzwanie jest złożone – ale jednocześnie daje szansę na dalszy rozwój i doskonalenie technologii, która ma szansę pozostać filarem globalnej energetyki słonecznej.