📅 Data publikacji: 30.06.2025
W 2024 roku zespół badawczy Instytutu Technologii Energetyki Odnawialnej przy Politechnice Gdańskiej, prowadzony przez dr hab. Karolinę Nowak, rozpoczął odważną inicjatywę „Wind & Sun 3D”. Jej celem było przełamanie standardowych barier produkcyjnych w branży OZE poprzez wykorzystanie druku 3D do wytwarzania indywidualnych elementów turbin wiatrowych i paneli słonecznych. 🚀
W pracowniach podkreślono, że konwencjonalne łopatki o stałej długości i kącie nachylenia często zawodziły na obszarach górzystych lub nadmorskich, gdzie optymalne parametry różnią się w zależności od topografii i prędkości wiatru. Dr Nowak wraz z inżynierami zastosowała modelowanie CFD (Computational Fluid Dynamics), by zebrać dane w czasie rzeczywistym z czujników rozmieszczonych na stacji pomiarowej w Słupi Wielkiej. Zebraną mapę rozkładu sił wiatrowych przekształcono w unikalny projekt CAD każdej łopatki. 🌀
Do druku wykorzystano stop aluminium o podwyższonej wytrzymałości, wzmocniony włóknami węglowymi, w technologii L-PBF (Laser Powder Bed Fusion). Pierwsze próbki o długości 1,5 metra drukowano w warstwach po 25 μm, co umożliwiło uzyskanie gęstości materiału 98%. Po obróbce cieplnej i wytrawianiu powierzchni, łopatki osiągnęły wytrzymałość na zginanie powyżej 350 MPa. Testy w komorze dynamicznej symulującej obciążenia wiatrem wykazały, że indywidualny kształt pozwalał zwiększyć generowaną moc o 18% w porównaniu do elementów produkowanych tradycyjnie. 💨
Równocześnie z pracami nad turbinami, prowadzono badania nad panelami fotowoltaicznymi. Zespół opracował modułową ramę o strukturze plastra miodu, drukowaną w technologii MJF (Multi Jet Fusion) z kompozytu polimerowo-szklanego. Dzięki precyzyjnej kontroli grubości żeber i kąta międzykomórkowego, rama była o 35% lżejsza od aluminiowej, zachowując jednocześnie sztywność potrzebną do montażu ogniw fotowoltaicznych. 🌞
Aby zabezpieczyć ogniwa w trudnych warunkach klimatycznych, zintegrowano z drukowaną ramą kanały do obiegu chłodziwa i czujniki temperatury. Ta inteligentna konstrukcja, zamknięta w dedykowanym profilu, umożliwiała samodzielne odprowadzanie nadmiaru ciepła, co zwiększało sprawność paneli o kolejne 5%. Dzięki temu, panele prezentowały doskonałe wyniki nawet w upalne lato, generując stabilne napięcie pod obciążeniem. 🌡️
W 2025 roku na farmie wiatrowej „Bielawa” zainstalowano pierwszą małoseryjną turbinę z drukowanymi łopatkami. Operatorzy raportowali, że w porównaniu do poprzednich modeli, nowa instalacja pracowała dłużej przy zmiennym wietrze i wymagała o 20% mniej konserwacji mechanicznej. Wbudowane sensory mierzyły naprężenia, drgania i temperaturę – dane przesyłane do chmury pozwalały kierownikom utrzymania przewidywać awarie i planować naprawy predykcyjne. 📈
Równolegle zespół współpracował z firmą SolarTech, by uruchomić linię pilotażową paneli. Drukowane ramy składały się z niemal bezodpadowego procesu: niewykorzystane odpady kompozytu były rozpuszczane i ponownie przetwarzane. Ogniwa monokrystaliczne klejono metodą bezklejową, co eliminowało konieczność użycia toksycznych związków. Panelem o powierzchni 2 m² ważył niespełna 25 kg i wytrzymywał uderzenia gradu wielkości 3 cm bez pęknięć. ❄️
Testy długoterminowe wykazały, że panele drukowane zintegrowaną ramą plastra miodu zachowywały stabilność konstrukcji nawet po 10 000 cykli termicznych. Wskaźnik degradacji mocy nie przekraczał 0,3% rocznie, co ustawiało je w elitarnym segmencie paneli premium. Klienci indywidualni i deweloperzy zaczęli zamawiać spersonalizowane zestawy — architekci docenili możliwość tworzenia fasad o niestandardowych kształtach z wkomponowanymi panelami, które ozdabiały budynki, jednocześnie generując energię. 🏢
Przykładem była szkoła w Kołobrzegu, której dach pokryto panelami w kształcie fal, zgodnie z motywem morskim. Uczniowie czuli dumę, że ich placówka jest „zieloną ikoną” regionu, a samorząd odnotował 40% oszczędność na rachunkach za prąd. Projekt zyskał nagrodę w konkursie „Architektura z Energią” 2026. 🏆
Patrząc w przyszłość, zespół „Wind & Sun 3D” planuje integrację ogniw perowskitowych, które można nanosić bezpośrednio na drukowaną ramę, uzyskując ultracienkie moduły o elastycznej formie. Dzięki temu panele będą mogły przyjmować krzywizny dachów zabytkowych budynków, bez ingerencji w ich historyczny charakter. 🏰
Kolejnym etapem jest rozwój „Drukowanych Miejskich Farm Wiatrowych” — moduły turbin montowane na słupach oświetleniowych, pozwalające każdej dzielnicy na autonomiczne zasilanie oświetlenia ulicznego. Dzięki zastosowaniu lekkich drukowanych łopatek, instalacja i demontaż są szybkie i bezpieczne. Projekt współfinansuje Unia Europejska w ramach programu Horizon 2030. 💡
W skali globalnej druk 3D w OZE może zrewolucjonizować dostęp do energii w odległych regionach. Lekki moduł turbinowy i panel słoneczny można wysłać w jedno pudełko i zmontować na miejscu w jednej dobie, bez ciężkiego sprzętu. To szansa dla społeczności wyspiarskich, górskich i pustynnych, które do tej pory borykały się z brakiem infrastruktury. 🏝️
Jak podsumowuje dr Nowak: „Druk 3D to przyszłość zielonej energetyki — umożliwia indywidualizację, oszczędność surowców i szybkie wdrożenia. Dzięki niemu każdy region świata może tworzyć własne, dopasowane do lokalnych warunków źródła energii”. To nie tylko technologia, to misja na rzecz czystszej planety. 🌏✨