Opublikowano: 13 marca 2025 r. / Zaktualizowano: 13 marca 2025 r. – Autor: Konrad Wolfenstein
Oczekuje się, że nowe superogniwa słoneczne (perowskit) przyspieszą transformację energetyczną Japonii – japońska strategia słoneczna z Sekisui Chemical – Zdjęcie: Xpert.Digital
Technologia energetyczna przyszłości: japoński przełom w dziedzinie ogniw perowskitowych
Zaawansowana energia słoneczna: droga Japonii do transformacji energetycznej
Japonia czyni znaczące postępy w technologii energii słonecznej dzięki rozwojowi perowskitowych ogniw słonecznych (PSC), które mają potencjał fundamentalnej transformacji krajobrazu energetycznego kraju. Oczekuje się, że ta innowacyjna technologia nie tylko wesprze ambitne cele klimatyczne Japonii, ale także zmniejszy jej zależność od paliw kopalnych i energii jądrowej. Dzięki swojej elastyczności, lekkości i wysokiej wydajności, te superogniwa słoneczne mogłyby osiągnąć moc wytwórczą równą 20 reaktorom jądrowym do 2040 roku, wnosząc tym samym kluczowy wkład w transformację energetyczną Japonii.
Rewolucyjna technologia perowskitowa
Ogniwa fotowoltaiczne z perowskitu różnią się zasadniczo od konwencjonalnych ogniw słonecznych i zapowiadają rewolucję w sposobie wykorzystywania energii słonecznej. W przeciwieństwie do tradycyjnych paneli słonecznych na bazie krzemu, ogniwa PSC charakteryzują się wysoką adaptowalnością, niską wagą i elastycznością produkcji. Te właściwości czynią je szczególnie cennymi dla gęsto zaludnionej Japonii, gdzie konwencjonalne panele słoneczne są często niepraktyczne ze względu na ograniczoną przestrzeń.
Wszechstronność perowskitowych ogniw słonecznych otwiera zupełnie nowe możliwości zastosowań. Dzięki półprzezroczystej i lekkiej konstrukcji można je montować na ścianach i oknach budynków, na dachach samochodów oraz na latarniach ulicznych, co pozwala na wykorzystanie tych powierzchni do produkcji energii. Ta elastyczność jest szczególnie ważna w miastach o ograniczonej przestrzeni, gdzie maksymalizacja produkcji energii bez konieczności zajmowania dodatkowego terenu ma kluczowe znaczenie.
Pod względem wydajności, ogniwa perowskitowe poczyniły imponujące postępy. Z wydajnością na poziomie 26,1% dorównują obecnie tradycyjnym krzemowym panelom monokrystalicznym, a wskaźnik ten stale rośnie, podczas gdy technologia krzemowa wydaje się osiągać swoje granice. Możliwość zastosowania ogniw PSC w połączeniu z panelami krzemowymi jest szczególnie obiecująca, ponieważ obecnie pozwala na osiągnięcie sprawności przekraczającej 35%. Ponadto elastyczność ogniw PSC umożliwia rozwój systemów hybrydowych łączących energię wiatrową i słoneczną, co może dodatkowo zwiększyć wydajność odnawialnych źródeł energii.
W związku z tym:
Strategiczna przewaga Japonii dzięki produkcji jodu
Kluczowym czynnikiem wzmacniającym pozycję Japonii w rozwoju perowskitowych ogniw słonecznych jest jej rola drugiego co do wielkości producenta jodu na świecie. Jod jest niezbędnym składnikiem w produkcji perowskitowych ogniw słonecznych. Ta przewaga surowcowa pozwala Japonii na stworzenie niezależnego łańcucha dostaw i oferuje obiecujące możliwości rozwoju dla krajowego przemysłu. Wykorzystując ten surowiec naturalny, Japonia mogłaby stworzyć w dużej mierze samowystarczalny łańcuch produkcyjny, umożliwiający produkcję ogromnych ilości perowskitowych ogniw słonecznych.
Ambitny plan Japonii w zakresie energii słonecznej
Rząd Japonii przedstawił ambitny plan wykorzystania technologii perowskitowej. Kraj ten zamierza zainstalować 20 gigawatów energii słonecznej do roku fiskalnego 2040, co odpowiada mocy około 20 reaktorów jądrowych. Dzięki tej mocy Japonia mogłaby nie tylko wycofać z eksploatacji swoje czynne reaktory jądrowe, ale także uniknąć budowy nowych elektrowni jądrowych, aby zaspokoić przyszłe zapotrzebowanie na energię w miarę wycofywania elektrowni opalanych paliwami kopalnymi.
Ta inicjatywa jest częścią szerszego planu energetycznego. 13 marca 2025 roku japoński rząd sfinalizował projekt fundamentalnej polityki energetycznej, której celem jest zwiększenie udziału energii odnawialnej w miksie energetycznym do 50% do 2040 roku, aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na energię elektryczną. Japonia zaktualizowała swój plan energetyczny już w październiku 2021 roku, a głównym beneficjentem stała się energia odnawialna. Szósty „Strategiczny Plan Energetyczny” po raz pierwszy wyznacza cel uczynienia z energii słonecznej, wiatrowej i wodnej, a także biomasy, głównych źródeł energii w Japonii od 2030 roku, z planowanym udziałem 36–38% w miksie energetycznym.
Rola lidera Sekisui Chemical
Kluczowym graczem we wdrażaniu japońskiej strategii solarnej jest firma Sekisui Chemical. Dzięki wsparciu Banku Rozwoju Japonii (DBJ), na początku 2025 roku Sekisui założyło nową firmę, której zadaniem będzie opracowywanie, produkcja i sprzedaż perowskitowych ogniw słonecznych na licencji Sekisui Chemical. Całkowity koszt projektu szacuje się na ponad 310 miliardów jenów (1,97 miliarda dolarów), z czego połowę stanowią granty rządowe.
Sekisui planuje stopniową strategię inwestycyjną, rozpoczynając od 90 miliardów jenów na budowę linii produkcyjnej o mocy 100 megawatów do 2027 roku, a następnie linii produkcyjnej o mocy gigawatów do 2030 roku. W ramach tego projektu firma zakupi i wykorzysta sprzęt w zakładzie Sharp w Sakai w zachodniej Japonii. Celem jest osiągnięcie zdolności produkcyjnej na poziomie 1 gigawata rocznie dla nowych ogniw, głównie perowskitowych, do roku fiskalnego 2030.
Firma określiła już jasne obszary zastosowań swojej technologii: „Chcemy wykorzystać lekkość i elastyczność systemu, aby promować jego wykorzystanie, zwłaszcza w sektorze publicznym, na przykład w halach sportowych, które pełnią funkcję centrów ewakuacyjnych w razie katastrof” – oświadczyła firma. W dłuższej perspektywie Sekisui planuje rozszerzyć swoją działalność, obniżając koszty poprzez masową produkcję, a jednocześnie zwiększając popyt, koncentrując się na dachach i ścianach zewnętrznych fabryk i magazynów w sektorze prywatnym.
Inwestycje i plany produkcyjne
Firma Sekisui Chemical planuje do 2030 roku osiągnąć zdolność produkcyjną 1 gigawata rocznie dla ogniw słonecznych z perowskitu. Firma zainwestuje w sumie około 2 miliardów dolarów w ten projekt, a rząd Japonii pokryje połowę kosztów.
Pierwszym krokiem jest budowa linii produkcyjnej o wydajności 100 megawatów rocznie w latach 2025–2027. W tym celu Sekisui Chemical zainwestuje 90 miliardów jenów (około 570 milionów dolarów amerykańskich) i wykorzysta części dawnego zakładu Sharp w Osace.
Wsparcie i partnerstwa rządowe
Rząd Japonii aktywnie wspiera ten projekt:
- Ministerstwo Gospodarki przyznało firmie Sekisui Chemical dotację w ramach programu mającego na celu rozbudowę łańcuchów dostaw na rzecz zielonej transformacji.
- Państwowy Bank Rozwoju Japonii (DBJ) posiada 14% udziałów w nowo powstałej spółce Sekisui Solar Film, która utworzy zakład produkcyjny.
Technologia i zastosowania
Firma Sekisui Chemical specjalizuje się w produkcji cienkich, elastycznych ogniw słonecznych z perowskitu metodą roll-to-roll. Aktualne właściwości ogniw to:
- Wydajność: 15%
- Okres przydatności do spożycia: 10 lat
- Szerokość rolki: 30 centymetrów
Przyszłe cele obejmują wydajność na poziomie 20% i żywotność 20 lat. Lekkie i elastyczne ogniwa słoneczne będą początkowo instalowane na dachach budynków użyteczności publicznej, takich jak sale gimnastyczne. W dalszej kolejności planowane jest zastosowanie ich na dachach i ścianach fabryk i magazynów.
Cele długoterminowe
Japoński rząd stawia sobie za cel, że do 2040 roku nowe typy ogniw słonecznych będą przyczyniać się do wytwarzania około 20 gigawatów energii. Sekisui Chemical planuje odegrać kluczową rolę w osiągnięciu tego rządowego celu, jakim jest osiągnięcie do 2030 roku produkcji na skalę gigawatów.
Przełom w ogniwach fotowoltaicznych z perowskitu: tańsze i trwalsze niż kiedykolwiek wcześniej
Pomimo ogromnego potencjału, perowskitowe ogniwa słoneczne wciąż napotykają na szereg przeszkód. Ich znacznie ograniczona żywotność w porównaniu z krzemem oraz wysokie koszty początkowe to dwa największe wyzwania dla ogniw PSC. Technologia ta jest jednak stale udoskonalana, a naukowcy pracują nad rozwiązaniami, takimi jak ulepszona technologia pasywacji i bardziej stabilne połączenia materiałowe.
Niezwykły przełom nastąpił w 2024 roku, kiedy chiński producent zaprezentował pierwsze komercyjne ogniwa perowskitowe zaprojektowane z myślą o 12-letniej pracy bez utraty wydajności, z dziesięcioletnią gwarancją. W ciągu 25 lat spadek wydajności ma być liniowy, a nie nagły, co poprawi przewidywalność.
Wyłania się również pozytywny trend w zakresie kosztów. Prognozy przewidują, że koszty w Japonii spadną z obecnych 20 jenów (około 12 eurocentów) do 10 jenów (około 6 eurocentów) za wat do 2040 roku. Ta redukcja kosztów dodatkowo zwiększy konkurencyjność technologii i przyczyni się do jej powszechnego stosowania.
W Niemczech fizyk Felix Lang odkrył niezwykłą właściwość półprzewodników perowskitowych: ich zdolność do samonaprawiania. To odkrycie może znacząco wydłużyć żywotność perowskitowych ogniw słonecznych i przyczynić się do udoskonalenia ogniw słonecznych i urządzeń rentgenowskich, które znajdą zastosowanie zarówno na Ziemi, jak i w kosmosie.
Japoński renesans solarny
Japonia była niegdyś światowym liderem w produkcji paneli słonecznych, ale jej udział w rynku spadł poniżej jednego procenta z powodu konkurencji ze strony chińskich producentów. Dzięki technologii PSC Japonia dąży do odzyskania silniejszej pozycji na rynku globalnym. Przypomina to okres po kryzysie naftowym z 1973 roku, kiedy japoński sektor publiczny i prywatny współpracowały w zakresie badań i rozwoju w dziedzinie energii odnawialnej, a jej globalny udział w rynku paneli słonecznych tymczasowo przekroczył 50%, zanim został wyprzedzony przez chińskie firmy oferujące niższe ceny.
Od katastrofy nuklearnej w Japonii w marcu 2011 roku sektor energetyki słonecznej w tym kraju dynamicznie się rozwija. Obecnie energia słoneczna stanowi prawie 10% całkowitej produkcji energii, w porównaniu z zaledwie 1,9% w 2014 roku. Obecny plan energetyczny zakłada zwiększenie tego udziału do 36–38% do 2030 roku, a technologia łańcucha dostaw energii (PSC) odegra kluczową rolę w przekroczeniu tych wartości do 2040 roku.
W związku z tym:
Dywersyfikacja odnawialnych źródeł energii w Japonii
Chociaż perowskitowe ogniwa słoneczne stanowią jeden z głównych elementów japońskiej strategii energetycznej, kraj inwestuje również w inne odnawialne źródła energii, aby zdywersyfikować swój miks energetyczny i zwiększyć bezpieczeństwo energetyczne. Japonia dąży do stania się społeczeństwem wodorowym i realizuje strategię wodorową od 2017 roku, która wspiera również cel dekarbonizacji do 2050 roku. Japoński rząd planuje zainwestować około 15 bilionów jenów (około 107 miliardów dolarów) w łańcuch wartości wodoru w ciągu 15 lat.
Ponadto minister środowiska Shinjiro Koizumi zapowiedział, że ministerstwo przejmie inicjatywę w przyspieszeniu rozwoju energii geotermalnej. Minister reformy administracyjnej Taro Kono ogłosił cel podwojenia liczby japońskich elektrowni geotermalnych do 2030 roku. Oczekuje się, że korzystne taryfy gwarantowane i promocja energii odnawialnej doprowadzą do wzrostu liczby projektów geotermalnych.
Ponadto Japonia bada energię syntezy jądrowej jako długoterminowe źródło energii. Kraj ten współpracuje z UE i USA w celu przyspieszenia rozwoju energii syntezy jądrowej, przy czym inwestycje prywatne i współpraca odgrywają kluczową rolę. Pod koniec marca 2024 roku 21 firm utworzyło Japońską Radę Energii Fuzyjnej – w skrócie J-Fusion – której celem jest wspólne rozwijanie technologii i standardów.
Konsekwencje dla globalnej transformacji energetycznej
Ogromna inwestycja Japonii w perowskitowe ogniwa słoneczne może mieć dalekosiężne konsekwencje dla globalnego krajobrazu energetycznego. Jeśli technologia ta zostanie z powodzeniem wdrożona na skalę przemysłową, może stać się wzorem dla innych krajów, zwłaszcza gęsto zaludnionych, gdzie przestrzeń na tradycyjne farmy słoneczne jest ograniczona.
Japoński rząd jest przekonany, że inwestycje w perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne zakończą się sukcesem. Po zaspokojeniu potrzeb rynku krajowego, Japonia planuje eksport tej innowacyjnej technologii do innych krajów, co mogłoby przyczynić się do globalnej transformacji energetycznej i umocnić pozycję Japonii jako lidera technologicznego.
Rozwój perowskitowych ogniw słonecznych wpisuje się również w szerszą japońską strategię odzyskania pozycji lidera technologicznego w różnych sektorach. Oprócz energii odnawialnej, Japonia intensywnie inwestuje również w inne technologie przyszłości, takie jak pojazdy sterowane programowo (SDV), dążąc do osiągnięcia 30-procentowego udziału w globalnym rynku do 2030 roku.
Postęp w dziedzinie energii słonecznej dla przyszłości energetycznej Japonii
Inwestycja Japonii w perowskitowe ogniwa słoneczne stanowi kluczowy krok w transformacji jej krajobrazu energetycznego. Ambitne plany zainstalowania mocy równoważnej 20 reaktorom jądrowym do 2040 roku świadczą o zaufaniu kraju do tej innowacyjnej technologii i jej wkładu w transformację energetyczną.
Technologia perowskitowa oferuje wyjątkowe korzyści dzięki swojej elastyczności, lekkości i wydajności, szczególnie w gęsto zaludnionym kraju, takim jak Japonia. Chociaż wyzwania związane z trwałością i kosztami wciąż istnieją, ciągły postęp w badaniach i rozwoju pokazuje, że te przeszkody są do pokonania. Strategia stopniowego wdrażania, której celem jest osiągnięcie gigawatów do 2030 roku, stanowi podstawę ambitnych celów długoterminowych.
Powszechne zastosowanie perowskitowych ogniw słonecznych może nie tylko pomóc Japonii osiągnąć cele klimatyczne i zmniejszyć jej zależność od paliw kopalnych i energii jądrowej, ale także przywrócić jej pozycję wiodącego dostawcy technologii solarnej. Strategiczne wykorzystanie krajowej produkcji jodu i znaczne inwestycje rządowe podkreślają determinację Japonii w dążeniu do sukcesu w tej przyszłościowej technologii.
Dzięki temu kompleksowemu podejściu, obejmującemu zarówno innowacje technologiczne, jak i strategię gospodarczą, Japonia umacnia swoją pozycję pioniera globalnej transformacji energetycznej i wskazuje obiecującą drogę do zrównoważonej produkcji energii w przyszłości. Sukces tego planu może mieć ogromne znaczenie nie tylko dla Japonii, ale także dla globalnych wysiłków na rzecz osiągnięcia zrównoważonej przyszłości energetycznej.
W związku z tym:
Twój globalny partner w zakresie marketingu i rozwoju biznesu
☑️ Naszym językiem biznesowym jest angielski lub niemiecki
☑️ NOWOŚĆ: Korespondencja w Twoim ojczystym języku!
Konrad Wolfenstein
Ja i mój zespół chętnie będziemy do Państwa dyspozycji jako osobisty doradca.
Możesz się ze mną skontaktować, wypełniając formularz kontaktowy tutaj lub po prostu dzwoniąc pod numer +49 7348 4088 965. Mój adres e-mail to: [email protected]
Nie mogę się doczekać naszego wspólnego projektu.
