Solárne panely dnes pokrývajú strechy domov, priemyselných hál aj mestských budov, no ich reálny výkon často znižuje problém, o ktorom sa hovorí menej než o účinnosti či cene. Ide o takzvané hot spoty – lokálne prehriate miesta, ktoré vznikajú pri čiastočnom zatienení panelov. Práve na tento technický detail sa zameral výskumný tím z The Hong Kong Polytechnic University, ktorý vyvinul nový hydrogelový povlak schopný panel aktívne chladiť a zároveň zvýšiť jeho výkon.

Výsledky výskumu sú prekvapivo konkrétne. Aplikácia hydrogelového povlaku dokáže znížiť teplotu hot spotov až o 16 °C. Tento pokles teploty sa priamo premieta do vyššej účinnosti – v laboratórnych aj systémových testoch sa výkon panelov zvýšil až o 13 %.

Hot spoty ako tichý zabijak fotovoltiky

Hot spoty vznikajú vtedy, keď je časť solárneho panelu zatienená – napríklad tieňom od budovy, stromu, antény alebo nečistotami. Zatienený článok prestane vyrábať energiu a začne sa správať ako odpor, ktorý premieňa energiu na teplo. Výsledkom je lokálne prehrievanie, ktoré môže presiahnuť teplotu okolitých článkov o desiatky stupňov.

Podľa dlhodobých štúdií sú hot spoty zodpovedné až za 22 % porúch fotovoltických modulov už v priebehu prvých troch rokov prevádzky. Okrem okamžitého poklesu výkonu urýchľujú degradáciu materiálov a zvyšujú riziko trvalého poškodenia či dokonca požiaru.

Chladenie bez zásahu do elektroniky

Výhodou nového riešenia je, že nevyžaduje žiadne úpravy elektrického zapojenia panelov. Hydrogelový povlak sa aplikuje priamo na povrch a funguje na princípe pasívneho odparovacieho chladenia. Keď sa teplota zvýši, povlak absorbuje teplo a odvádza ho do okolitého prostredia.

Vedúci výskumu Yan Jerry zdôrazňuje, že technológia je navrhnutá tak, aby bola lacná, jednoduchá a vhodná najmä pre mestské prostredie. Práve tam je čiastočné zatienenie panelov najčastejšie – na strechách, fasádach a v systémoch BIPV (building-integrated photovoltaics).

Mestá môžu získať citeľne viac energie

Výskumníci použili ako modelové príklady Hongkong a Singapur, teda mestá s hustou zástavbou a vysokými teplotami. Podľa ich výpočtov by plošné nasadenie hydrogelového povlaku mohlo zvýšiť ročnú výrobu solárnej energie o 6,5 až 7 %.

The Hong Kong Polytechnic University (PolyU)/Unsplash

Pri strešných a fasádnych systémoch by sa týmto spôsobom podarilo získať späť takmer polovicu výkonu, ktorý sa dnes stráca práve kvôli hot spotom. Ekonomika projektu pritom vychádza prekvapivo priaznivo – návratnosť investície vedci odhadujú na približne 3 až 4,5 roka v závislosti od lokality.

Odolnejší než klasické hydrogely

Kľúčovým technickým problémom klasických hydrogelov je ich dlhodobá stabilita. Pri opakovanom vysychaní a zvlhčovaní majú tendenciu praskať a zmršťovať sa. Tím z Hongkongu tento problém riešil kombináciou prírodného polyméru hydroxyetylcelulózy s vláknitým materiálom nazývaným „leafy cotton thread“.

Výsledkom je výrazne vyššia mechanická odolnosť. Kým bežné hydrogely môžu po dlhšom používaní zmeniť objem až o 46 %, nový povlak obmedzuje zmršťovanie približne na 34 %, čo výrazne predlžuje jeho životnosť.

Malý detail, veľký vplyv

Výskumníci upozorňujú, že globálne by táto technológia mohla eliminovať približne polovicu strát výkonu spôsobených hot spotmi v mestských fotovoltických systémoch. Nejde o revolúciu v zmysle novej generácie panelov, ale o praktické vylepšenie existujúcich riešení, ktoré môže mať reálny dopad na výrobu energie aj ekonomiku solárnych projektov.

Tím teraz pracuje na ďalšom vývoji hydrogelového chladenia s cieľom podporiť širšie nasadenie fotovoltiky v mestách, kde sa každý percentuálny bod výkonu počíta.

Čítajte viac z kategórie: Ekológia