Seriál: Prelomové technológie, o ktorých musíte vedieť (2. časť)

Solárne panely pokrývajú rastúci počet strešných plášťov, ale aj desaťročia po ich prvom vylepšení zostávajú kremíkové dosky objemné, drahé a neefektívne. Základné obmedzenia zabraňujú tomu, aby tieto konvenčné fotovoltaické články absorbovali viac ako zlomok energie pri slnečnom svetle.

Ale tím vedcov MIT vybudoval iný druh zariadenia slnečnej energie, ktorý využíva vynaliezavé inžinierstvo a pokroky v oblasti materiálovej vedy, aby zachytil oveľa viac slnečnej energie. Trik je najprv premeniť slnečné svetlo na teplo a potom ho previesť na svetlo, ale teraz sa zameriava na spektrum, ktoré slnečné články môžu používať. Zatiaľ čo rôzni výskumníci už roky pracujú na takzvaných solárnych termophotovoltaických článkoch, zariadenie MIT je prvé, ktoré absorbuje viac energie ako samotná fotovoltaická bunka, čo dokazuje, že prístup by mohol dramaticky zvýšiť efektivitu.

Štandardné kremíkové slnečné články zachytávajú hlavne vizuálne svetlo z fialovej na červenú. To a ďalšie faktory znamenajú, že nikdy nemôžu obrátiť viac ako asi 32 percent energie na slnku do elektrickej energie. Zariadenie MIT je stále prototypom pracujúcim len s 6,8 percentnou účinnosťou - ale s rôznymi vylepšeniami by mohlo byť zhruba dvakrát tak efektívne ako konvenčná fotovoltaika.

Kľúčovým krokom pri vytváraní zariadenia bol vývoj takzvaného absorber-emitora. V podstate slúži ako svetelný lievik nad solárnymi článkami. Absorbčná vrstva je vyrobená z pevných čiernych uhlíkových nanotrubičiek, ktoré zachytávajú všetku energiu pri slnečnom svetle a väčšinu z nich premieňajú na teplo. 

Vysielač je vyrobený z fotonického kryštálu, štruktúry, ktorá môže byť navrhnutá na úrovni nanometrov, aby mohla kontrolovať, ktoré vlnové dĺžky svetla cez ne prúdia. Ďalším kritickým posunom bolo pridanie vysoko špecializovaného optického filtra, ktorý prenáša prispôsobené svetlo, pričom odráža takmer všetky nepoužiteľné fotóny späť. Táto "fotónová recyklácia" produkuje viac tepla, ktoré vytvára viac svetla. Solárne články ho dokážu absorbovať, čo zvyšuje účinnosť systému.

Existujú určité nedostatky v prístupe tímu MIT, vrátane relatívne vysokých nákladov na určité komponenty. V súčasnosti funguje len vo vákuu. Ekonómia by sa však mala zlepšovať, keďže úroveň efektívnosti stúpa, a výskumníci majú teraz jasnú cestu k tomu, aby to dosiahli. "Môžeme ďalej prispôsobiť komponenty, keď sme zlepšili naše chápanie toho, čo potrebujeme na dosiahnutie vyššej efektívnosti," hovorí Evelyn Wang, docent, ktorý pomohol viesť pokus.

Výskumníci tiež skúmajú spôsoby, ako využiť inú silu slnečných termofotovoltov. Pretože teplo je ľahšie skladovateľné ako elektrická energia, malo by byť možné odvádzať nadbytočné množstvá, ktoré generuje zariadenie, do tepelného zásobníka. Ten by potom mohol byť použitý na výrobu elektrickej energie, aj keď slnko nesvieti. Ak výskumníci môžu začleniť úložné zariadenie a zvyšovať efektívnosť, systém by mohol jeden deň dodať lacnú a nepretržitú solárnu energiu.

Horúce solárne články

  • Prelom
    Solárne zariadenie, ktoré by mohlo teoreticky zdvojnásobiť účinnosť konvenčných solárnych článkov.
  • Prečo na tom záleží
    Nový dizajn by mohol viesť k lacnej slnečnej energii, ktorá bude fungovať aj po tom, čo slnko zapadne.
  • Dostupnosť
    10 až 15 rokov