V České republice se výroba solární elektřiny stane na nejbližší roky hlavně záležitostí právníků v arbitrážích o ušlé zisky a nadšenců, kteří si ji pořídí ze zájmu bez ohledu na ekonomiku. To však neznamená, že ve světě to bude stejné. V místech, která neznají výhody zapojení do spolehlivé rozvodné sítě, či kde je alespoň nějaká elektřina lepší než žádná, najdou stále levnější fotovoltaické panely v dalších letech nejspíše své místo.
Důležité pro každého uživatele je, aby nevýhody obnovitelných zdrojů (hlavně to, že vyrábí jen někdy) byly vyváženy co nejnižšími pořizovacími náklady. I když solární panely v posledních letech dramaticky zlevňovaly, jejich uplatnění bez dotací je stále jen okrajové. Výroba elektřiny je obchod s malými maržemi, kde je cena vším.
Jak se ovšem zdá, pád cen panelů by mohl pokračovat do oblastí, kde se stanou zajímavé i bez státní podpory. Na svědomí by to mohl mít nový materiál, o kterém jste doteď asi neslyšeli: perovskit. "Já myslím, že s příchodem tohoto materiálu jsme svědky převratu," říká Ladislav Kavan z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského, který se věnuje mimo jiné i výzkumu nových materiálů pro fotovoltaiku.
Co je perovskit?Perovskit je obecný název pro skupinu látek, které mají krystalovou strukturu stejnou jako CaTiO3, tedy oxid titaničito-vápenatý. V článcích se však používá z chemického hlediska úplně jiná látka. Obecný vzorec skupiny používaných látek je (CH3NH3)PbX3. Prvek X samozřejmě neexistuje, zastupuje v tomto vzorci chlór, jód, nebo brom. V každém případě je pravda, že tyto látky jsou známy už od 19. století a jméno nesou podle ruského učence a diplomata Lva Alexejeviče Perovského. |
Perovskit na pohled nic převratného není. Jsou to nezajímavé sloučeniny halogenů (tj. chloru a podobných prvků) s olovem a lidstvo je zná více než 170 let. Jejich chvíle ovšem přišla v roce 2009. Japonští vědci spíše jen tak ze zvědavosti vytvořili solární článek, ve kterém perovskit sloužil jako barvivo, tedy materiál, který pohlcuje světlo dopadající na článek (práce je dostupná zde).
Měl doslova mizernou účinnost, jen 3,5 procenta, a dokonce se vědcům ztrácel pod rukama. V článku totiž museli použít kapalný elektrolyt, který perovskit postupně rozpouštěl. Z laického pohledu hrozný výsledek, z pohledu základního výzkumu naopak výsledek, který stojí za další zkoumání.
Skutečný technologický zázrak přišel až zhruba v posledním roce a půl. V srpnu roku 2012 vytvořil tým ze švýcarského Lausanne články s perovskitem s účinnosti necelých 10 procent. V červenci roku letošního rekord posunuli na 15 procent (článek vyšel v časopise Nature).
Ale nezlepšila se jen účinnost. Henry Snaith z Oxfordské univerzity představil v časopise Science první perovskitový článek, který nepotřebuje kapalný elektrolyt. Články obsahující kapalinu jsou totiž velmi nepraktické: na sluníčku by mohly například velmi snadno praskat.
Tentýž Snaith navíc už několikrát veřejně prohlásil, že podle něj nebude problém vytvořit články s účinností zhruba 20 až 25 procent. Jde o účinnost v laboratoři, v reálných podmínkách to bude méně, ale rozhodně jde o výsledek minimálně blízký účinnosti dnešních nejlepších křemíkových panelů.
Dlouhý výčet výhod
Navíc rychlý pokrok přišel i v jiných oblastech. Nové články už nejsou nestabilní (materiál v nich nedegraguje). Zdá se také, že by je mělo být možné vyrábět v podstatě za pomoci současných výrobních postupů, za nízkých teplot a bez exotických materiálů. Ve výsledku tedy levněji než současné křemíkové články. Henry Snaith také řekl, že na komerčních variantách je nejdražší vodivé sklo, ne materiál pro samotnou přeměnu energie.
Tento britský vědec ovšem spoluzaložil společnost, která chce technologii komercializovat, a tak můžeme v jeho případě připustit jistou podjatost a nezřízené nadšení pro "jeho" technologii. Směr technologického vývoje se obecně špatně odhaduje. Dokázala to i kauza kolem solární energie, kdy se nepružná zákonná šablona pokusila předjímat budoucnost na roky dopředu.
Ale že by perovskitové články měly být levnější, je téměř jisté i podle Ladislava Kavana. "Ovšem o kolik, je těžké říci. Trh s fotovoltaickými panely je v tuto chvíli pokřivený díky podpoře čínské vlády tamním výrobcům," připomíná Ladislav Kavan. Tato podpora byla příčinou obchodních sporů Číny jak s EU, tak i s USA.
Průhledná budoucnost
Články z perovskitu by mohly mít ještě jednu velkou potenciální výhodu: mělo by být možné vyrábět je průhledné. Vychází totiž z tzv. Grätzelových článků (viz. box), u kterých to možné je. V případě perovskitových článku se to zatím nepodařilo, ale pracuje se na tom a nezdá se to být neřešitelný problém.
Grätzelovy článkyČlánky s perovskitem patří do rodiny tzv. Grätzelových solárních článků (někdy se také nazývají jako barvivem senzitizované články). Používá se v nich zachycení světla pomocí organického barviva. Název nesou po Michaelu Grätzelovi z École Polytechnique Fédérale v Lausanne, který je v roce 1991 sestrojil jako první. Grätzelovy články jsou z relativně levných materiálů a vyrábějí se levným procesem (nepotřebují křemík, jehož výroba je energeticky náročná). Mohou být také ohebné a jsou robustní, takže vydrží praktické nasazení i v poměrně nepříznivých podmínkách. V minulosti měly vcelku výrazně nižší účinnost než křemíkové články a v praktickém rozšíření s "křemíkem" nemohly soupeřit. Nyní se to však může změnit. A pokud tomu tak bude, Michael Grätzel, který byl i před příchodem perovskitových článků velkým kandidátem na Nobelovu cenu, bude mít cestu do Stockholmu opět pravděpodobnější. Grätzel také je i v necelých 70 letech (a jeho pracoviště v Lausanne jako celek) na světové špičce v oboru. Získal řadu prestižních ocenění, včetně finské "nobelovky" Millenium Technology Prize s dotací 800 tisíc eur. Zajímavostí je, že v evropském grantovém projektu SANS-Solar pracuje dohromady s Henry Snaithem z Oxfordu a také skupinou Ladislava Kavana. Na projektu se podílí i liberecká firma ELMARCO, známá výrobou nanovláken. |
Mohou vzniknout okna vyrábějící elektřinu za cenu běžných solárních panelů? To by mohlo znít lákavě snad i sluneční energií otráveným Čechům, zvláště v případě, kdybychom se skutečně dočkali zlevnění na méně než polovinu současných cen, jak slibuje Snaith.
Výhod nově objevených článků je tolik, že časem by se mohly stát hlavním materiálem pro výrobu solárních panelů, napsal v komentáři pro časopis Nature Michael McGehee ze Stanfordovy univerzity. Předstupňem by mohl být kombinovaný článek, ve kterém se vrstva průhledného perovskitu "natiskne" na vrstvu křemíku. Účinnost by se tím mohla zvýšit podle propočtů asi o čtvrtinu a náklady navíc by byly malé.
Nevýhody jsou méně zjevné. Tou největší samozřejmě je, že výrobu ve velkém zatím nikdo nezkusil a články ještě mají co dohánět v účinnosti. Vědci sice odhadují, že obojí lze zvládnout, ale stát se může cokoliv.
Články také obsahují jedovaté olovo. Je ho velmi málo, ale z legislativního hlediska by to mohl být problém. V tomto ohledu však nejspíše rozhodne politika, nebo ekonomie. Pokud se rozhodneme tuto technologii podporovat; například úsporné žárovky - správně kompaktní zářivky, také obsahují jedovaté látky. Může se také ukázat, že panely budou tak levné, že trh (třeba ne ten evropský) je bude chtít. V obou případech by relativně nízký obsah škodlivých látek nemusel být nepřekonatelný problém.
Samozřejmě, zůstane jiný problém: nestálost výroby elektřiny ze Slunce. Panely musíme vždy zálohovat nějakým jiným zdrojem energie nebo nějakým typem "baterie", které jsou zatím ovšem velmi neprakticky drahé. Nové články tedy rozhodně nepovedou to ke konci fosilních paliv, ale mohou přinést novou a ještě výraznější revoluci v energetice, než jakou způsobilo masové zavádění dotovaných obnovitelných zdrojů v posledních letech.
