LONGi má rekordný fotovoltický článok! Čo v praxi znamená 35,5 %?
Čínska spoločnosť LONGi posunula účinnosť perovskitovo-kremíkového tandemového článku na 35,5 %.
Z rovnakej plochy tak dokáže vyrobiť podstatne viac elektriny než dnešné komerčné fotovoltické panely.
Nový perovskitovo-kremíkový tandemový fotovoltický článok od LONGi dosiahol účinnosť 35,5 %, ktorú potvrdilo European Solar Test Installation, teda ESTI. Toto pracovisko patrí pod Spoločné výskumné centrum Európskej komisie a venuje sa presnému meraniu a kalibrácii fotovoltických zariadení.
V oficiálnom oznámení LONGi však nenájdete produktové označenie, rozmery hotového panela, menovitý výkon, napätie, prúd, hmotnosť, teplotný koeficient, záruku ani termín začiatku predaja. Výrobca predstavil fotovoltický článok, teda základnú elektricky aktívnu súčasť, z ktorej sa panely skladajú.
LONGi tak zatiaľ vytvorilo svetový rekord v kategórii kryštalických kremíkovo-perovskitových tandemových článkov. Absolútne najúčinnejšie solárne články využívajú drahšie viacvrstvové polovodiče zo skupiny III-V. Americké laboratórium NREL napríklad v roku 2022 dosiahlo pri trojprechodovom článku účinnosť 39,5 % pri štandardnom slnečnom žiarení. Takéto články však stoja násobne viac a využívajú ich najmä vesmírne alebo špeciálne aplikácie.
Výsledok LONGi má väčší význam pre bežnú fotovoltiku preto, že kombinuje perovskitovú vrstvu s kremíkom, na ktorom stojí takmer celý súčasný trh. Výrobcovia by tak v budúcnosti mohli využiť existujúce kremíkové články, výrobné linky a dodávateľské reťazce a doplniť ich o veľmi tenkú perovskitovú vrstvu. Slovo „mohli“ tu zatiaľ robí dosť ťažkej práce.
Dve vrstvy využijú slnečné svetlo lepšie než jedna
Bežný kremíkový článok obsahuje jeden aktívny polovodičový prechod. Kremík dobre spracúva časť viditeľného a infračerveného svetla, ale pri fotónoch s vyššou energiou premieňa časť energie na teplo. Zároveň fotóny s príliš nízkou energiou nedokáže využiť vôbec.
Tandemový článok rozdeľuje prácu medzi dve vrstvy s rozdielnou energetickou medzerou. Horná perovskitová vrstva zachytáva najmä energeticky bohatšiu časť spektra. Svetlo s nižšou energiou prejde do spodného kremíkového článku, ktorý ho premení na elektrinu. Každá vrstva tak pracuje s časťou spektra, pre ktorú sa hodí lepšie.
Výrobca dosiahol pri rovnakej tandemovej technológii účinnosť 33,9 % v novembri 2023 a 34,6 % v júni 2024. Neskôr nasledovali hodnoty 34,85 a 35,2 %, až sa vývoj dostal na súčasných 35,5 %.
Dôležitejšie než samotný rekord na malom článku sú výsledky na väčších plochách. LONGi dosiahlo účinnosť 34,3 % pri článku s plochou 261 cm2 a 32,2 % pri ploche 274 cm2. To už približne zodpovedá rozmerom článkov, ktoré sa približujú priemyselnej výrobe.
Čo znamená účinnosť 35,5 % v reálnych číslach?
Výrobcovia merajú výkon fotovoltických zariadení pri štandardných testovacích podmienkach. Na jeden štvorcový meter dopadá žiarenie s výkonom 1 000 W, článok má teplotu 25°C a laboratórium používa štandardizované slnečné spektrum AM1.5.
Účinnosť 35,5 % preto znamená, že jeden štvorcový meter aktívnej plochy článku dokáže pri týchto podmienkach poskytnúť približne 355 W elektrického výkonu. Pri paneli s plochou 2,25 m2 sa bavíme o výkone takmer 800 W!
Zvyšnú energiu článok odrazí, prepustí alebo premení na teplo. Neznamená to, že článok každý deň premení presne 35,5 % všetkého svetla dopadajúceho na strechu. V praxi pracuje pri meniacej sa intenzite žiarenia a väčšinou pri podstatne vyššej teplote než 25°C.
Na porovnanie môžeme použiť komerčne dostupný LONGi Hi-MO X10, ktorého sériovo vyrábané verzie dosahujú maximálnu účinnosť 24,8 %. Jeden štvorcový meter tak pri štandardnom meraní predstavuje približne 248 W výkonu, resp. 550 W z bežného 2,25 m2 panelu. Samotný rekordný článok s účinnosťou 35,5 % by na rovnakej aktívnej ploche poskytol až o 43 % viac výkonu.
Toto porovnanie však stavia proti sebe článok a kompletný panel. Panel stráca časť aktívnej plochy medzerami medzi článkami, rámom, vodičmi, zapojením a prekrytím. Férovnejšie preto pôsobí porovnanie komerčného panela s účinnosťou 24,8 % a výskumného tandemového modulu LONGi s účinnosťou 31,4 %. Tandemový modul by poskytol 314 W na štvorcový meter, teda približne o 26,6 % viac.
10 kWp elektráreň by zabrala výrazne menej
Pri paneloch s účinnosťou 24,8 % potrebujete na nominálny výkon 10 kWp približne 40,3 m2 čistej plochy panelov. Pri tandemovom module s účinnosťou 31,4 % by rovnaký výkon zabral približne 31,8 m2. Rozdiel predstavuje 8,5 m2, teda úsporu plochy okolo 21 %. Inak povedané, 10 kWp elektráreň by potrebovala o zhruba 4 panely menej.
Ak by sa výrobcovi raz podarilo preniesť celých 35,5 % z článku do veľkého panela bez ďalších strát, 10 kWp by teoreticky potrebovalo iba 28,2 m2, teda o ďalšie takmer 2 panely menej. Oproti účinnosti 24,8 % by plocha klesla približne o 30 %. Takýto panel však LONGi zatiaľ nemá, preto ide iba o fyzikálny prepočet, nie o produktový parameter.
Pozrieť sa na to môžeme aj opačne. Na strechu s využiteľnou plochou 40 m2 umiestnite pri účinnosti 24,8 % približne 9,92 kWp. Modul s účinnosťou 31,4 % by na rovnakej ploche dosiahol 12,56 kWp.
Pri modelovom ročnom výnose 1 100 kWh na každý inštalovaný kWp by prvá elektráreň vyrobila asi 10 900 kWh elektriny ročne a druhá približne 13 800 kWh. Rozdiel by predstavoval okolo 2 900 kWh za rok. (Prepočet predpokladá rovnakú orientáciu, sklon, tienenie, straty meniča a prevádzkové podmienky.)
Vyššia účinnosť teda nezabezpečí zázračne viac energie z rovnako výkonnej 10 kWp elektrárne. Desaťkilowattová elektráreň zostane desaťkilowattovou. Umožní však umiestniť rovnaký výkon na menšiu plochu alebo dostať vyšší výkon na strechu, ktorú už nemôžete zväčšiť.
Prečo menej panelov?
Pri rovnakom celkovom výkone (napríklad spomínaných 10 kWp) môže vyššia účinnosť znížiť počet panelov. V našom teoretickom príklade o štyri, teda namiesto 18 panelov stačí 14, resp. 13 alebo 12, ak by panely dosiahli maximálnu možnú dnes komunikovanú účinnosť. Montážna firma tak potrebuje menej koľajníc, úchytov, konektorov, káblov, montážnych bodov či výkonových optimizérov. Skrátiť sa vie zároveň aj čas montáže.
Pri veľkých solárnych elektrárňach šetrí vyššia účinnosť pôdu, konštrukcie, káblové trasy a časť nákladov na údržbu. Tieto úspory však nemusia automaticky vykompenzovať vyššiu cenu tandemových panelov. O ekonomike rozhodne cena za watt, životnosť, degradácia a reálny výnos počas desiatok rokov, nie rekord vytlačený na certifikáte.
LONGi zatiaľ pri článku s účinnosťou 35,5 % nezverejnilo výsledky dlhodobých testov, degradačnú krivku ani plánovanú záruku. Kým výrobca neukáže plnohodnotný panel, ktorý zvládne príslušné skúšky a ponúkne porovnateľnú životnosť so súčasnými kremíkovými modulmi, rekord zostane najmä ukážkou potenciálu.
Účinnosť 35,5 % ale ukazuje, že kombinácia perovskitu a kremíka môže dostať fotovoltiku výrazne nad možnosti samotného kremíka. Pre nás, zákazníko, by úspešná komercializácia znamenala viac výkonu z obmedzenej strechy alebo menší počet panelov pri rovnakom výkone elektrárne.
Zatiaľ však nepoznáme cenu, životnosť, rozmery, výkon ani termín predaja. Nevieme ani to, koľko z rekordnej účinnosti zostane po prenesení článku do plnohodnotného panela a po niekoľkých rokoch prevádzky. Musíme teda iba čakať.