Słyszeliście o farbie fotowoltaicznej?

Farba solarna to ciecz o właściwościach fotowoltaicznych (PV), która pozwala pochłaniać światło słoneczne i zamieniać je w energię elektryczną.

Pomaluj nią na kawałku szkła lub innej powierzchni, do której przymocowane są obwody, i masz własne ogniwa słoneczne. Jej główną zaletą jest wszechstronność.

Jak działa farba fotowoltaiczna i czy rzeczywiście działa?

Farba solarna wykorzystuje perowskit, obiecujący krystaliczny związek mineralny, który może zbierać światło. Perowskity są dość tanie w produkcji i tak wydajne jak ogniwa krzemowe w przechwytywaniu energii słonecznej. Jeśli ich wdrożenie przyśpieszy, to perowskitowe ogniwa słoneczne mogą kiedyś stać się wiodącą technologią, zastępującą lub konkurującą z ogniwami słonecznymi z krystalicznego krzemu.

Jedną z obecnych wad jest ich niska trwałość w porównaniu z ogniwami fotowoltaicznymi opartymi na krzemie. Perowskitową farbę solarną można łatwiej zintegrować z powierzchniami budynków (jedno z głównych źródeł emisji gazów cieplarnianych), szybami okiennymi (zmniejszając potrzebę klimatyzacji), dachami, pojazdami, a właściwie praktycznie każdym rodzajem powierzchni. Włączenie warstwy przezroczystego materiału powłokowego na wierzchu farby solarnej może również wytworzyć przewodność elektryczną 10 razy większą niż sama farba solarna.

Inne formy farby słonecznej obejmują innowacyjną technologię, która pochłania parę wodną i rozdziela ją w celu wytworzenia wodoru. To pozwala budynkom na produkcję własnego paliwa grzewczego. Kolejnym ciekawym rozwiązaniem są „kropki kwantowe”, które wykorzystują nanokryształy (zasadniczo małe szklane kulki) i mechanikę kwantową w celu zwiększenia zdolności zwykłych ogniw słonecznych do wytwarzania prądu elektrycznego nawet o 20%. Mamy też w końcu farby na bazie silikonu, stosowane w skoncentrowanych elektrowniach słonecznych w celu zwiększenia absorpcji energii słonecznej.

Korzyści dla środowiska. Słyszeliście o farbie fotowoltaicznej?

Jedną z korzyści środowiskowych związanych z farbą słoneczną jest szybkość, z jaką można ją wyprodukować i nałożyć. Producentom już teraz trudno jest nadążyć za rosnącym popytem na panele słoneczne. Oczekuje się, że popyt ten wzrośnie, ponieważ cena energii słonecznej (obecnie najtańszej na świecie) nadal spada. Rządy przechodzą na źródła bardziej przyjazne dla klimatu. Farbę solarną można nakładać w taki sam sposób, jak działa kserokopiarka lub prasa drukarska. Atrament jest nakładany na elastyczną taflę szkła przechodzącą przez prasę. Ten proces produkcyjny wymaga mniej materiałów i jest znacznie mniej energochłonny. To oznacza wyższy EROI (zwrot energii z zainwestowanej energii), a tym samym niższe emisje podczas produkcji ogniw słonecznych.

Farby słoneczne nie muszą tylko przekształcać światła słonecznego w energię elektryczną, aby zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych. Klimatyzacja odpowiada za 17% zużycia energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych i prawdopodobnie wzrośnie wraz ze wzrostem globalnych temperatur. Farby wykonane z właściwościami „pasywnego chłodzenia radiacyjnego” mogą przepuszczać światło słoneczne. Dzięki temu obniżać temperaturę powierzchni dachów i ścian zewnętrznych budynków o około 12C. Może to pozwolić budynkom na obniżenie kosztów chłodzenia nawet o 15%, co daje farbie ważny wkład w obniżenie emisji dwutlenku węgla.

Farby słoneczne na bazie perowskitu napotykają na swoje ”eko” wyzwania. Na przykład wykorzystują absorber na bazie ołowiu. Może on być niebezpieczny, jeśli zostanie uwolniony do środowiska. Chociaż ilość użytego ołowiu jest niewielka, podwaja to wydajność perowskitowych ogniw słonecznych. Jak dotąd najlepszym rozwiązaniem jest stworzenie barier zapobiegających wyciekowi ołowiu. Starsze rozwiązania, które pochłaniają ołów w przypadku pęknięcia lub awarii ogniw słonecznych, są skuteczne tylko w 96%. Podczas gdy organizm ludzki nie toleruje ołowiu w ogóle. Zatem jeśli perowskitowa farba solarna wejdzie do powszechnego użytku, zagrożenie ołowiem pozostanie.

Bardziej obiecująca wydaje się nowsza metoda blokowania ołowiu. Polega na zastosowaniu soli fosforanowych w celu uniemożliwienia przedostawania się ołowiu do środowiska. Badane są również alternatywy dla ołowiu.

Czy farby solarne są lub niedługo będą powszechnie dostępne?

Farby słoneczne nadal nie są dostępne na rynku, ale ich rozwój podąża trajektorią wielu postępów w technologii słonecznej od lat 70. XX wieku. Najpierw rządowe laboratoria i uniwersytety wspierają badania podstawowe. Potem początkowo drogie nowe technologie wprowadzane są na rynek przez startupy, z większą liczbą chybień niż trafień.

Następnie udana wersja technologii (jeśli się ją opracuje) zyskuje przyczółek w istniejącej branży. Zwiększona wydajność napędza sprzedaż, a wraz ze wzrostem sprzedaży i produkcji ceny spadają. Aż nowa technologia zakłóci całą branżę i stanie się dominującym graczem na rynku. Wyścig o wprowadzenie na rynek farb solarnych jest wspierany przez ponad dekadę badań prowadzonych przez naukowców z uniwersytetów na całym świecie, a przede wszystkim z Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (NREL).

W 2019 roku Google złożył wniosek patentowy na farbę solarną, sygnalizując szersze zainteresowanie tą technologią przez głównych graczy. Większość jednak badań i rozwoju została wykonana przez startupy, które chcą być pierwsze na rynku. To, czy farba solarna podąży tą samą drogą, co sama fotowoltaika, dopiero się okaże.