Pripravil prototyp zariadenia, ktoré je dosiaľ najefektívnejším solárnym článkom
Nový článok zachytáva aj fotóny, ktoré sa v konvenčných solárnych článkoch strácali.
Každý rok dopadnú na zemský povrch slnečné lúče s celkovou energiou 1 070 300 000 terawatthodín. Ľudstvo ročne spotrebuje iba 104 426 terawatthodín (údaj z roku 2012), čo je menej ako jedna desaťtisícina slnečnej energie, ktorú máme k dispozícii.
Vývoj efektívnejších solárnych článkov, ktoré by dokázali prebytok energie využiť, predstavuje v technologickom výskume viac ako horúcu tému. Odvetvie solárnej fotovoltiky napreduje rýchlo. Produkcia solárnych článkov za posledných desať rokov každoročne narástla vo svete aspoň o 30 percent.
Vedci z Univerzity Georgea Washingtona v USA vyvinuli metódu, ktorá posunie využívanie slnečnej energie výrazne vpred. Tím pod vedením Matthewa Lumba pripravil prototyp zariadenia, ktoré premení priame slnečné žiarenie na elektrinu s až 44,5-percentnou efektivitou.
Inovatívne zariadenie je poskladané z miniatúrnych solárnych článkov, na ktoré dopadá slnečné žiarenie prechádzajúce cez takzvané „koncentračné fotovoltické panely“ (z angl. concentrator photovoltaic panels, CPV). Slúžia ako šošovky a koncentrujú žiarenie na aktívnu plochu zariadenia. Jeho prípravu a vlastnosti vedci opísali v júli vo vedeckom časopise Advanced Energy Materials.
Vedci vyvinuli efektívnejšiu solárnu batériu
Menšia veľkosť
„Okolo 99 percent energie obsiahnutej v priamom slnečnom svetle, ktoré dopadá na Zem, spadá do intervalu vlnových dĺžok medzi 250 a 2500 nanometrami. Konvenčné materiály pre vysoko efektívne solárne články nedokážu zachytiť celé spektrum. Naše nové zariadenie dokáže odomknúť energiu uloženú vo fotónoch dlhších vlnových dĺžok, ktoré sa v konvenčných solárnych článkoch inak strácajú,“ vysvetlil Lumb v správe univerzity.
„Poskytuje preto cestu k vytvoreniu ultimatívneho viacprechodového solárneho článku,“ dodal vedec.
Ako zariadenie funguje? Pre zvýšenie efektivity zachytávania fotónov zo slnečného svetla využili výskumníci techniku skladania článkov na seba. Výsledkom bolo multiprechodové zariadenie, ktoré obsahovalo spolu až 5 článkov, teda 5 prechodov medzi sebou.
Podobné zariadenia sú známe už niekoľko rokov, no sú veľmi drahé. Problém s cenou vedci čiastočne vyriešili zmenšením ich veľkosti na menej ako jeden štvorcový milimeter.
Vysoká cena
Vďaka miniatúrnej veľkosti článkov použili materiály založené na antimonide gália (GaSb), ktoré sa zvyknú používať aj pri výrobe laserov. Výsledný multiprechodový solárny článok si možno predstaviť ako svetelné sito: každá vrstva, ktorou svetlo prechádza, absorbuje energiu pri iných vlnových dĺžkach. Po úplnom prechode cez článok dôjde k absorpcii a premene takmer polovice z dostupnej energie.
Prototyp zariadenia vedci sami otestovali, mal účinnosť 41,2 percenta. Po prepočítaní času merania a intenzity dopadajúceho svetla by mala byť účinnosť ešte vyššia, až 44,5 percenta.
Jediným problémom tohto vysoko efektívneho solárneho článku ostávajú vysoké náklady na výrobu. V budúcnosti by sa technológia mohla využiť na výrobu veľmi efektívnych článkov zachytávajúcich takmer celé slnečné spektrum.
„Optimalizácia fotovoltických zariadení zachytávajúcich fotóny s vlnovou dĺžkou presahujúcou 2500 nanometrov predstavuje kľúčové štádium vývoja na ceste za praktickými koncentračnými multiprechodovými solárnymi článkami, ktoré budú mať efektivitu vyše 54 percent,“ povedali autori v štúdii.
Dostupné z doi: 10.1002/aenm.201700345.
Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na [email protected].
