Má-li energetická revoluce uspět, je rychlé rozšíření obnovitelných energií nutností. Klíčovou roli v tom bude hrát inteligentní a propojená fotovoltaika, kterou představí společnosti vystavující na veletrhu EnergyDecentral v Hannoveru 15. – 18. listopadu 2022. Veletrh Veletrh nabízí přehled nejnovějších trendů v solárním průmyslu a také zdůrazňuje potenciál autonomního a klimaticky neutrálního zásobování energií.
Fotovoltaické systémy jsou nyní výkonnější než kdykoli předtím a využívají sluneční světlo efektivněji, než tomu bylo před několika lety. Vysoce účinné monokrystalické solární moduly mají nyní větší podíl na světovém trhu než multikrystalické moduly. Jedním z příkladů jsou takzvané moduly PERC, které také získávají stále větší pozornost jako součást střešních systémů v zemědělství. Tato zkratka znamená „Passivated Emitter and Rear Cell“, což je technologie, která zvyšuje účinnost modulů na více než 24 % tím, že odráží část světla, které dopadá na zadní část článku, zpět do buňky.
Poptávka je vyšší než kdykoli předtím
Vystavovatelé na výstavišti v Hannoveru, kteří se specializují na plánování, instalaci a údržbu soukromých i komerčních fotovoltaických (PV) systémů, se v současné době těší rostoucímu zájmu trhu. V březnu 2022 bylo na střechách a nemovitostech v Německu instalováno 2,2 milionu fotovoltaických systémů o celkovém výkonu 58 400 megawattů. Během prvního čtvrtletí roku umožnily dodávat do sítě přibližně 8,8 miliardy kilowatthodin elektřiny vyrobené ze slunečního světla, což je o 34,7 % více než v prvním čtvrtletí roku 2021.
„Účinnost moderních solárních modulů se v posledních několika letech výrazně zvýšila. Každá kilowatthodina elektřiny, kterou si majitelé fotovoltaického systému vyrobí a sami spotřebují, znamená, že ušetří peníze ve srovnání s čerpáním ze sítě,“ potvrzuje Marcus Vagt, projektový manažer veletrhu EnergyDecentral.
Trend se přesouvá od klasického, čistě solárního systému k systému, který zajišťuje, že solární elektřina je využívána co nejefektivněji. „Ten, kdo navíc investuje do bateriového úložiště, je dlouhodobě méně závislý na rostoucích cenách elektřiny,“ dodává Vagt. Kombinace solárního systému a systému skladování energie s nabíječkou elektrických vozidel (EV) bude jedním z trendů, na které se dodavatelé technologií v Hannoveru zaměří. „Takové ostrovní fotovoltaické systémy jsou stále populárnější v komerčním a zemědělském sektoru, v neposlední řadě kvůli nedávným turbulencím na trzích s energií,“ vysvětluje Vagt.
Fotovoltaická technologie je stále založena na křemíku a principu, že čím více solárních článků, tím více elektřiny moduly generují. Rozdělení na polobuňky nabízí nový přístup. V tomto případě je modul rozdělen na dvě poloviny, ve kterých jsou solární články zapojeny do série a segmentovány do více řetězců. Výnos ze slunce se má zvýšit zhruba o 2–3 %. Stínování tohoto systému je také výrazně lepší – pokud je stínována pouze polovina modulu, druhá polovina modulu pokračuje v poskytování plného výkonu.
Společně s novými rekordy
Pokud se však má více slunečního světla přeměnit na elektřinu, nestačí jednoduše zvětšit povrch solárních modulů. Především je třeba zvýšit jejich účinnost. Všichni odborníci z oboru se shodují na tom, že pouze s křemíkem nelze dosáhnout téměř žádného dalšího zvýšení účinnosti. Vzhledem k fyzikálním vlastnostem materiálů je teoretická hranice těchto modulů 29,3 %. V současné době se proto velké naděje upínají k tandemovým článkům (multi-junction solar cells), což je technologie, kterou také zkoumá tým z Fraunhoferova institutu pro solární energetické systémy ISE. Díky novému antireflexnímu povlaku se vědcům z Freiburgu podařilo zvýšit účinnost nejlepších solárních článků z 46,1 na 47,6 %.
To, co zní jako malý krok, je ve skutečnosti milníkem, protože v současné době neexistuje účinnější solární článek na světě. Jedná se solární článek s více přechody, který se skládá z fosfidu galia india (GaInP) a arsenidu hlinito-galia (AlGaAs), který byl navázán na spodní solární článek s více přechody vyrobený z fosfidu arsenidu galia india (GaInAsP) a arsenidu india galia (GaInAs). Solární článk byly vybaveny vylepšenými kontaktními vrstvami a čtyřvrstvým antireflexním povlakem. To vede ke snížení ztrát odporu a odrazu na přední straně článku, který je citlivý v širokém spektrálním rozsahu od 300 do 1780 nanometrů. Konvenční solární články vyrobené z křemíku absorbují sluneční světlo pouze do vlnové délky 1200 nanometrů, a proto nevyžadují tak širokopásmovou antireflexní vrstvu. „Možné využití takových ultra vysoce účinných multi-junction solárních článků zahrnuje koncentrační fotovoltaické systémy, které přispívají k efektivní výrobě energie ve slunných zemích. Tandemová fotovoltaika umožňuje odsunout limity jednotlivých solárních článků do minulosti, a tím v konečném důsledku snížit náklady na solární energii,“ říká prof. Stefan Glunz, ředitel divize výzkumu fotovoltaiky ve Fraunhofer ISE.
Digitální a inteligentní budoucnost
Fotovoltaický systém budoucnosti je digitální a inteligentní. Systémy podporované umělou inteligencí umožní včasnou detekci a odstranění poruch, jakož i automatickou optimalizaci výnosů v budoucnu. Studie provedená Helmholtzovým institutem Erlangen-Norimberk ukázala, jak rozsáhlá je „Kromě nesprávně nastavených nebo vadných modulů mohou vlivy prostředí, jako je prach, pyl, ptačí trus nebo vysoké stromy a trávy, také způsobit, že systémy dodávají méně elektřiny, než by skutečně mohly,“ vysvětluje Dr. Claudia Buerhop-Lutzová, vědkyně zařízení Forschungszentrum Jülich (výzkumné centrum Jülich) Helmholtzova institutu. Moderní měřicí technika je v podstatě již schopna vystopovat moduly, které jsou vadné a nepracují na plný výkon, například pomocí leteckých termografických analýz pomocí dronů. Tyto postupy jsou však drahé a složité.
V budoucnu by měřicí přístroje umělé inteligence měly být schopny zjistit výkonnostní deficity přímo na místě z monitorovacích dat solárních modulů, což je cíl, který výzkumníci z Helmholtzova institutu sledují ve společném projektu Dig4morE. V tomto ohledu se snaží včas odhalit výkonnostní deficity a vady pomocí strojového učení. Pro vývoj algoritmů jsou k dispozici data z celkem jedenácti solárních parků rozmístěných po celé Evropě. V závislosti na typu systému a prostředí jsou solární moduly vystaveny různým problémovým oblastem. „Faktory, které hrají roli v Hesensku ve středním Německu, se liší od těch na západním pobřeží Portugalska, kde silný vítr způsobuje vibrace modulů,“ vysvětluje Buerhop-Lutzová. První výsledky by měly být k dispozici ke konci roku a poté by mohly být použity k odvození příkladů osvědčených postupů a doporučení pro rozsáhlé solární parky, aby bylo možné například hospodárně plánovat údržbu a úklidové práce.
Trendy ve fotovoltaickém průmyslu
Ale to ještě není konec cesty. V budoucnu bude provozovatel fotovoltaického systému schopen přesně předpovídat výrobu a spotřebu elektřiny na základě analýz velkých dat týkajících se povětrnostních podmínek a vzorců spotřeby. Umělá inteligence bude schopna optimálně řídit nabíjení a vybíjení systému skladování energie pro různé scénáře – slunečné, zamračené nebo deštivé dny. Výtěžek elektřiny lze proto v každém scénáři maximalizovat a procento dostupné pro vlastní spotřebu účinně zvýšit. Co dalšího má umělá inteligence pro solární energii v zásobě, se dozvíte od 15. do 18. listopadu na veletrhu EnergyDecentral, kdy poskytovatelé technologií prezentují své produkty a služby z oblasti fotovoltaiky. Na výstavišti v Hannoveru budou k vidění také témata plovoucí fotovoltaiky, fotovoltaických systémů, které plavou na vodě, a agrovoltaiky, solárních systémů v kombinaci s půdou, která je využívána pro zemědělské účely.
