Technologia umożliwiająca skupienie większej ilości energii słonecznej na panelach fotowoltaicznych
W 2018 roku około 50 % energii w Unii Europejskiej było wykorzystywane do ogrzewania i chłodzenia budynków i zakładów przemysłowych, a większość systemów ogrzewania i klimatyzacji była nadal zasilana paliwami kopalnymi pomimo rosnącego zainteresowania odnawialnymi źródłami energii. Technologie solarne, czerpiące z praktycznie nieograniczonych ilości energii słonecznej, mogą odegrać kluczową rolę w zmniejszaniu zależności od paliw kopalnych, a tym samym ograniczyć wpływ działalności człowieka na globalne zmiany klimatyczne. Finansowany przez Unię Europejską projekt FOCALSTREAM był poświęcony optymalizacji jednego z najlepszych systemów fotowoltaicznych, opatentowaniu nowej technologii, a jednocześnie zainteresowaniu nią podmiotów z całego świata.
Ciepło, coraz cieplej
Konwencjonalne panele fotowoltaiczne charakteryzują się stosunkowo niską wydajnością i stanowią powód marnotrawstwa dużej ilości energii cieplnej. Systemy HCPVT usprawniają panele fotowoltaiczne na dwa sposoby: kolektory słoneczne doprowadzają skupioną wiązkę światła do ogniw fotowoltaicznych przy użyciu układu optycznego, podobnie jak dziecko używa lupy, aby wypalić kawałek papieru światłem słonecznym. Skupiające systemy fotowoltaiczne wymagają mniejszej ilości materiałów i zajmują mniej miejsca, a także pozwalają zastąpić drogie materiały fotowoltaiczne tanimi zwierciadłami. Po drugie, wysokowydajne wielozłączowe ogniwa fotowoltaiczne wymagają aktywnego chłodzenia, aby nie ulec uszkodzeniu, a zebrane w tym procesie ciepło może być wykorzystane do podgrzewania wody lub klimatyzacji.
Wyzwania rodzą możliwości
Podczas opracowywania systemu HCPVT w ramach projektu FOCALSTREAM napotkano szereg trudności. Wystąpiły opóźnienia w dostawach ogniw wielozłączowych i modułów mocy typu DBC (Direct Bonded Copper). Potem naukowcy dowiedzieli się, że ogniwa o gęstej strukturze ze zgrzewanymi połączeniami nie są już produkowane i potrzebna jest zupełnie nowa konstrukcja. Koordynator projektu Ugo Manfredi wyjaśnia: „Podczas realizacji projektu opracowaliśmy inny system FOCALSTREAM, wykorzystujący ogniwa standardowe zamiast ogniw wielozłączowych o gęstej strukturze. Ponadto opracowaliśmy opatentowany kształt parabolicznego kolektora klinowego, który skupia światło ponad 500 razy skuteczniej, przy zachowaniu jednolitego przepływu. Dzięki mniejszym zwierciadłom i krótkiej ogniskowej poprawimy wydajność systemów, które będą dzięki temu także łatwiejsze i tańsze w produkcji”. Jak twierdzi Manfredi: „Najlepsze krzemowe panele fotowoltaiczne na rynku mają moduły elektryczne o sprawności na poziomie 22 %, natomiast prototypowy system FOCALSTREAM z ręcznie wykonanymi zwierciadłami o długiej ogniskowej osiągnął sprawność elektryczną przekraczającą 25 %. Komercyjne urządzenie FOCALSTREAM z precyzyjnymi zwierciadłami o krótkiej ogniskowej osiągnie sprawność 40 % w przypadku modułu oraz 33 % w przypadku systemu, a także będzie zbierało 82 % docierającej do niego energii słonecznej”.
Międzynarodowy patent i międzynarodowe zainteresowanie
Opatentowany krótkoogniskowy system HCPVT jest lekki, a jednocześnie wydajny i doskonale sprawdzi się jako urządzenie montowane na dachach i w środowisku miejskim. Uczestnicy projektu FOCALSTREAM starają się nawiązać współpracę z przedsiębiorstwami usług energetycznych i organizacjami użyteczności publicznej, a patent zawarty w Traktacie o współpracy w zakresie patentów został rozszerzony na Chiny, UE, Indie, Włochy i Stany Zjednoczone. Technologia HCPVT, opracowana w ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu FOCALSTREAM, powinna w dużym stopniu przyczynić się do rozwiązania jednego z największych globalnych problemów naszych czasów. Manfredi dodaje na koniec: „Jesteśmy dumni z naszej wytrwałości i umiejętności wprowadzania radykalnych zmian, które pozwoliły nam na pokonanie wyzwań i spełnienie wymagań rynku. Krótkoogniskowa wersja systemu FOCALSTREAM była kluczowa dla przyciągnięcia uwagi mediów i inwestorów. Rozpoczynamy akcję pozyskiwania środków finansowych niezbędnych do realizacji ulepszonej krótkoogniskowej wersji systemu FOCALSTREAM. Zainteresowanie wyraził już jeden z europejskich graczy na rynku energetycznym i dostawca usług komunalnych, a także kilka organizacji akademickich i badawczych”.
Słowa kluczowe
FOCALSTREAM, fotowoltaika, energia, patent, High-Concentration PhotoVoltaic Thermal (HCPVT), ciepło, światło, chłodzenie, energia słoneczna, media, energia cieplna, panel fotowoltaiczny, ogniwo fotowoltaiczne, ogniwo wielozłączowe, hybrydowe
