Fotowoltaika – trendy i innowacje w fotowoltaice 2024/2025
- Aktualności, Trendy i wydarzenia branżowe
Autorka: mgr Martyna Marlikowska
Wsparcie merytoryczne: dr inż. Krzysztof Bartczak
Nie zaskakują nas już panele słoneczne na gruncie, wolnostojące farmy fotowoltaiczne mijane w drodze na wakacje, a tym bardziej moduły na dachu wielu domostw w Polsce. Można uznać, że jest to już pewnego rodzaju standard w branży. Nad czym teraz pracują instytuty badawcze i prywatne firmy, by odpowiedzieć na globalne potrzeby rynku energetycznego? Jakie nowe trendy w technologiach solarnych i innowacje w fotowoltaice zaskoczą nas w 2024 roku i kolejnych latach? Zapraszamy do fascynującego przeglądu innowacji w technologii fotowoltaicznej i branży OZE.
Spis treści
Chcesz zacząć od podstaw i dowiedzieć się, czym jest fotowoltaika, jak działa i czy wciąż się opłaca w nowym systemie net-billing? Zajrzyj do naszego Banku Wiedzy: Fotowoltaika – dobry czas na decyzje.
To już się dzieje - trendy w fotowoltaice
Zacznijmy od tego, co już widać i słychać wokół, ale jeszcze rozkwit nie nadszedł w Polsce. Możemy się jednak spodziewać, że z czasem zobaczymy je na każdym kroku.
- Magazyny energii.
Zainteresowanie magazynowaniem energii rośnie. Zmiana systemu rozliczeń fotowoltaiki w Polsce nastąpiła między innymi z powodu przesunięcia akcentu na konieczność magazynowania energii elektrycznej i zwiększenia poziomu autokonsumpcji. W związku z tym środki na dofinansowanie magazynu energii pojawiły się w dotacjach rządowych. Sufitem jest ograniczenie sieci elektroenergetycznych, które potrzebują renowacji i tworzenia nowych. W związku z tym magazynowanie energii przez właścicieli domów, ale też przez przedsiębiorstwa i prywatne firmy jest oczekiwane, ale też opłacalne. Związane z tym zwiększenie autokonsumpcji, czyli pobierania od razu na bieżące potrzeby energii wyprodukowanej przez fotowoltaikę oraz tej skumulowanej we własnym magazynie, obniża koszty i ukierunkowuje ku samowystarczalności i niezależności energetycznej.
- Systemy zarządzania HEMS/EMS.
Tego typu urządzenia do zarządzania energią elektryczną pomiędzy systemem fotowoltaicznym, magazynem energii a urządzeniami domowymi znacząco podnoszą poziom autokonsumpcji. Zaawansowane oprogramowanie optymalizuje pracę całego systemu po to, aby ograniczyć zużycie energii elektrycznej, co w efekcie zmniejsza rachunki za prąd, zwiększa samowystarczalność i niezależność energetyczną.
- Dachy solarne – dachy zintegrowane z fotowoltaiką.
Równy i szczelny dach z paneli fotowoltaicznych, brak konstrukcji montażowych dla przytwierdzenia paneli i piękny design – to już jak najbardziej możliwe. Dachy zintegrowane z fotowoltaiką są droższe od zwykłego dachu bez fotowoltaiki, jednak gdy już zdecydujemy się na panele fotowoltaiczne to ogólny rozrachunek wyjdzie na plus dla dachu solarnego. Już na etapie budowy inwestycji warto skonsultować plany pod montaż dachu fotowoltaicznego.
- Fotowoltaika balkonowa – balustrady fotowoltaiczne.
Balkony solarne i balustrady fotowoltaiczne na balkonach budynków wielorodzinnych to normalny widok w Niemczech, gdzie rząd dofinansowuje tego typu małe projekty, ułatwiając dostęp do odnawialnej energii właścicielom mieszkań. U nas jeszcze tego nie widać, ale spodziewamy się rozkwtu w tej dziedzinie. Balkon solarny zamiast zwykłych barierek posiada bariery stworzone ze szkła hartowanego z cienkimi ogniwami fotowoltaicznymi. Tego typu balkony możemy zaliczyć do BIPV – fotowoltaiki wbudowanej w komponenty konstrukcyjne i budowlane. Obecnie coraz częściej deweloperzy montują balkony fotowoltaiczne w nowych budynkach.
Trendy w fotowoltaice na gruncie - trackery fotowoltaiczne
Nieodłącznie z fotowoltaiką na gruncie łączą się różnego rodzaju innowacje konstrukcyjne. Widać na wielu posesjach, że coraz częściej właściciele domów decydują się na montaż fotowoltaiki na gruncie, w ogrodzie, dużej działce, a nie spadzistym dachu domu w postaci zwykłych paneli. Ma to swoje plusy – lepsze chłodzenie paneli fotowoltaicznych montowanych na ziemi, ich czyszczenie i konserwacja, ale także możliwość lepszego ustawienia względem promieniowania słonecznego. Co więcej, tego typu konstrukcje powstają także na płaskich dachach domów. Fotowoltaika na gruncie to także alternatywa dla skomplikowanych dachów lub tych niekorzystnie ukształtowanych względem padania promieni słonecznych.
Rozwój technologii konstrukcyjnych prowadzi do jeszcze większej automatyzacji – możemy się spodziewać, że trackery śledzące słońce będą pewnego rodzaju standardem dla tej formy. Mimo wyższych kosztów początkowych, większy pobór energii i lepsza optymalizacja pracy paneli sprawi, że właściciel zapłaci niższe rachunki od prosumenta czerpiącego energię z paneli fotowoltaicznych umieszczonych na dachu. Oczywiście wiąże się to z posiadaniem sporej działki i przeznaczeniem na niej miejsca na trackery fotowoltaiczne.
NAJNOWSZE TRENDY
Moduły bifacjalne
Pływające instalacje fotowoltaiczne - FPV
Pływające systemy PV, czyli fotowoltaika na wodzie to wciąż nowość, choć na pewno nie dla Chin, które mogą się poszczycić wieloma instalacjami fotowoltaicznymi na wodzie i to największymi na świecie. W Polsce pojawiły się już pierwsze tego typu instalacje na małą skalę – na sztucznym zbiorniku wodnym w Gdańsku czy Czarnym Błocie.
Okazuje się, że uzyski energii są większe z farm pływających niż gruntowych, dodatkowo instalacja lepiej się chłodzi i mniej brudzi. Przynosi też masę korzyści zbiornikom wodnym, zmniejszając parowanie, chroniąc przed zakwitem glonów oraz zbyt wysoką temperaturą, która mogłaby zabić wodną florę i faunę. Może się także okazać, że szczególnie dla hodowców ryb montaż fotowoltaiki na stawach będzie korzystny finansowo. Pływające systemy PV to świetna alternatywa dla coraz droższych gruntów przeznaczanych pod farmy solarne.
Agrofotowoltaika - APV, czyli fotowoltaika rolnicza
W rolnictwie połączenie uprawy z wytwarzaniem energii okazuje się strzałem w dziesiątkę – można powiedzieć, że cała Azja stoi agrofotowoltaiką. Europa już przekonuje się do takiej integracji. Uprawa chroniona jest przed zbyt silnym słońcem, a jednocześnie produkcja energii elektrycznej zasila gospodarstwo i produkcję rolną. Z pewnością konieczne będzie usprawnienie koncepcji konstrukcji dla projektów agrofotowoltaicznych, jednak perspektywa i nowe możliwości sprawiają, że pojawia się nowe pole dla projektów fotowoltaicznych i kolejna przestrzeń do zagospodarowania. Komentatorzy wskazują, że fotowoltaika rolnicza stanie się w pewnym momencie standardem na wsi.
Luminescencyjny Koncentrator Energii to kolejne innowacyjne rozwiązanie w fazie badań, które będzie miało zadanie skierowania części promieniowania padającego na moduł PV do ogniw, a dzięki zmianie widma promieniowania przyczynią się do efektywniejszego wzrostu roślin.
Materiały budowlane zintegrowane z fotowoltaiką - panele BIPV
Skrót BIPV (Building Integrated Photovoltaics) oznaczający budownictwo zintegrowane z fotowoltaiką wskazuje nowy kierunek zmian także w branży budowlanej. Dachy solarne i balkony fotowoltaiczne to dopiero początek. Integracja paneli fotowoltaicznych z materiałami budowlanymi stanowi koncepcję genialną w swojej prostocie, jednak wykonanie jej to już trudniejsza kwestia naukowa i projektowa. Do jakich jeszcze celów można wykorzystać BIPV? Zintegrowane z fotowoltaiką systemy mogą dotyczyć takich elementów budynków jak:
- fasady budynków, elewacje,
- ściany modułowe,
- chodniki, np. ścieżki solarne w Barcelonie, które są w stanie zapewnić energię elektryczną do oświetlenia całego parku,
- szyby i okna widokowe,
- dachówki,
- żaluzje fotowoltaiczne,
- wiaty z zadaszeniem z ogniw – carporty,
- balustrady, ogrodzenia,
- ekrany dzwiękochłonne.
Przykładem tego rodzaju technologii mogą być: Academie du Mont Cenis w Herne czy też dom mody Zara w Kolonii. Panele BIPV to przyszłość dla architektury, budownictwa, energetyki i ochrony środowiska. Niestandardowe zastosowania fotowoltaiki, takie jak panele fotowoltaiczne wbudowane w elewację, brak konieczności montowania konstrukcji pod panele, nowoczesny design oraz obniżenie kosztów budowy i eksploatacji to główne zalety integracji. Nad wadami wciąż prowadzone są badania, tak aby zniwelować je do minimum – chodzi o nieco mniejszą efektywność i wciąż duże koszty materiałów.
Technologia fotowoltaiczna w transporcie - pojazdy fotowoltaiczne
W branży motoryzacyjnej także szykują się zmiany. Komentatorzy już wskazują na przyszłość elektryfikacji w branży motoryzacyjnej, a fotowoltaika zintegrowana z pojazdem, np. panel fotowoltaiczny na dachu samochodu, wydaje się nieodzownym etapem rozwoju (VIPV).
To nie wszystko. Już pierwsze testy wykorzystania modułów fotowoltaicznych przeprowadza się w Polsce na tramwajach i pociągach (VAPV). Jak możemy się domyślić wykorzystanie dodatkowego źródła energii może uchronić przed problemami związanymi np. z awarią sieci trakcyjnych.
Inteligentne mikroinwertery
Inwertery zamieniają prąd stały na zmienny i są nieodłącznym elementem każdej instalacji fotowoltaicznej. Standardowy inwerter (centralny) to jedno urządzenie dedykowane całej instalacji. Gdy jeden z modułów szwankuje (np. zabrudzenie lub zacienienie), wtedy inwerter w taki sposób kieruje pracą pozostałych paneli, aby dopasowały się do mniej wydajnego modułu. Obecnie na salony wkraczają inteligentne mikroinwertery dedykowane każdemu modułowi instalacji fotowoltaicznej, dzięki czemu praca każdego z nich jest niezależna, a odpowiednia optymalizacja zapewnia najwyższe uzyski energii elektrycznej.
Monitoring instalacji fotowoltaicznej
Specjaliści w branży informują, że inteligentne inwertery (mikrofalowniki) w porównaniu z centralnymi falownikami przynoszą 20% wzrost uzysku energii. Tak wysoki procent związany jest także z lepszym monitorowaniem parametrów pracy instalacji za pomocą dedykowanych aplikacji i możliwości szybkiego reagowania. Mikrofalowniki możemy dostosować do naszego systemu współpracy z siecią elektroenergetyczną. Do wyboru mamy mikroinwerter off-grid lub mikroinwerter on-grid.
Internet of Things, czyli Internet Rzeczy
Technologia thin-film, czyli panele cienkowarstwowe
Wyobraźmy sobie elastyczne panele słoneczne, które mogą przybrać dowolny kształt i zostać wykorzystane w wielu niestandardowych rozwiązaniach. Czy to w ogóle możliwe? Technologia paneli cienkowarstwowych już istnieje. Wykorzystuje się w niej inne pierwiastki niż krzem. Przykładem może być CIGS (miedź, ind, gal, selen) lub CdTe (kadm i tellur).
Technologie thin-film są lżejsze, tańsze od standardowych, łatwiejsze w produkcji i zdecydowanie bardziej elastyczne, ale inwestycja w nie może być droższa. W warunkach laboratoryjnych charakteryzują się także nieco mniejszą wydajnością – nie ma jednak co do tej kwestii ostatecznych wyników. Kolejne analizy wskazują, że w realnych warunkach wydajność może być co najmniej porównywalna, dlatego że panele cienkowarstwowe lepiej radzą sobie w trudniejszych warunkach (np. w przypadku zacienienia, zabrudzenia czy bardzo wysokich temperatur).
Szyby solarne, okna fotowoltaiczne
Nanomateriały to obecnie klucz do rozwoju technologii fotowoltaicznej i szukania tańszej alternatywy dla krzemu. W związku z tym, że permanentnie wzrasta zużycie energii elektrycznej na świecie konieczne jest szukanie rozwiązań na wielką skalę.
Wytworzone przez polskich naukowców z ML System transparentne ogniwa fotowoltaiczne z wykorzystaniem kropki kwantowej mają szansę znaleźć zastosowanie w stolarce okiennej, dzięki czemu spełnią dwa kluczowe zadania – produkcję energii elektrycznej i ochronę domu, pochłaniając promieniowanie ultrafioletowe i podczerwień. Co istotne, w ich przypadku nie jest tak ważny kąt padania światła, dlatego okna fotowoltaiczne mogą być montowane w autach czy pionowych ścianach bez straty uzysku.
Folia fotowoltaiczna do PV
Powłoka Tio2
Fotodegradacja zanieczyszczeń na powierzchni modułu solarnego to zadanie specjalnej powłoki Tio2. Poprzez samoczynne utrzymywanie się czystości na ich powierzchni możemy spodziewać się większej wydajności instalacji. W badaniach wzięto pod uwagę projekt, w którym nałożono samoczyszczącą warstwę powłoki na ekrany akustyczne wzdłuż linii kolejowych. Bez uszczerbku na dzwiękochłonności warstwa fotokatalityczna ogranicza tworzenie się zabrudzeń i wydłuża sprawność ogniw.
Perowskit
Alternatywą są także perowskitowe moduły fotowoltaiczne z zastosowaniem druku atramentowego stworzone przez Olgę Malinkiewicz – znaną polską fizyczkę, która jest w testowej fazie komercjalizacji swojego odkrycia. Jej ultracienkie, elastyczne i wydajne panele drukowane na przezroczystym tworzywie sztucznym można umieścić na każdej powierzchni i w dowolnym kształcie. Mogą one także generować energię ze sztucznego światła, co zwiększa możliwości zastosowania w zamkniętych pomieszczeniach.
Ogniwa perowskitowe w tandemie
OFF-GRID
Dom bez podłączenia do sieci elektroenergetycznej? Czytaj więcej o domach uniezależnionych od dostawców energii: Dom off-grid – czy to możliwe w Polsce?
Komercyjne wykorzystanie fotowoltaiki i aukcje OZE
Świetnym przykładem komercyjnego wykorzystania fotowoltaiki jest firma Kia Motors, która najpierw zdecydowała się na montaż fotowoltaiki w swoim salonie, by następnie czerpać z tego korzyści związane z wprowadzaniem do oferty samochodów elektrycznych i rozwijać się w kierunku VIPV. Zalet nie ma końca – właściciele aut elektrycznych będą mieli możliwość ładowania akumulatorów na stacjach salonu zasilanych fotowoltaiką.
Ponadto komercyjni wytwórcy energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii (OZE) mogą brać udział w aukcjach OZE organizowanych co najmniej raz w roku przez Urząd Regulacji Energetyki. Dzięki tego typu przetargom firmy mogą sprzedawać energię wygenerowaną przez odnawialne źródła energii.
Rządowe dofinansowania w postaci programów Mój Prąd 5.0 czy Czyste Powietrze mają ogromny wpływ na opłacalność fotowoltaiki i zwiększenie jej popularności. Nie zapominajmy także, że aspekt ekologiczny jest w tym przypadku fundamentalny dla przyszłości naszej planety.
Jak wiemy, fotowoltaika jest odpowiedzią na rosnące ceny energii elektrycznej i troskę o przyszłość naszej planety. Istnieje kilka czynników ograniczających rozwój OZE. Tak jak wcześniej wspominaliśmy rozwój i modernizacja infrastruktury sieciowej są kluczowymi zagadnieniami. Nowe możliwości, jakie oferują innowacje fotowoltaiczne np. rozwój technologii thin-film czy technologia BIPV skłaniają do otwartości na niestandardowe, ale i coraz bardziej opłacalne rozwiązania, które z czasem mogą okazać się uniwersalne. Nowoczesne technologie fotowoltaiczne wymagają współpracy na wielu polach, dzięki czemu mamy szansę na osiągnięcie globalnego sukcesu. Najnowsze trendy wskazują drogę przyszłości i są naprawdę imponujące.
