5 neobičnih solarnih panela budućnosti

danas silicijski solarni paneli - daleko od finala na putu suzbijanja energije sunčeve svjetlosti i pretvaranja u korisnu električnu energiju. Mnogi se radovi još uvijek bave znanstvenicima, a u ovom ćemo članku razmotriti pet neobičnih rješenja koja razvijaju neki od suvremenih istraživača.

Izgrađen je Američki nacionalni laboratorij za obnovljive izvore energije (NREL) solarna baterija koja se temelji na poluvodičkim kristalima, čija veličina ne prelazi nekoliko nanometara, to su takozvane kvantne točke. Uzorak je već prvak u pogledu vanjske i unutarnje kvantne učinkovitosti koja je iznosila 114, odnosno 130%.

Te karakteristike pokazuju omjer broja generiranih parova elektrona-rupa i broja fotona koji se nalaze na uzorku (vanjska kvantna učinkovitost) i omjer broja generiranih elektrona prema broju apsorbiranih fotona (unutarnja kvantna učinkovitost) za određenu frekvenciju.

Vanjska kvantna učinkovitost je manja od unutarnje, jer u stvaranju ne sudjeluju svi apsorbirani fotoni, a neki se fotoni koji padaju na ploči jednostavno odražavaju.

Uzorak se sastoji od sljedećih dijelova: čaša u antirefleksnom premazu, sloj prozirnog vodiča, zatim nanostrukturirani slojevi cinkovog oksida i kvantne točke olovnog selenida, zatim etanditiol i hidrazin, te tanki sloj zlata kao gornja elektroda.

Ukupna učinkovitost takve ćelije je oko 4,5%, ali to je dovoljno za eksperimentalno dobivenu prilično visoku kvantnu učinkovitost ove kombinacije materijala, što znači da predstoji optimizacija i poboljšanje.

Nijedna solarna ćelija nije pokazala vanjsku kvantnu učinkovitost iznad 100%, dok jedinstvenost ovog NREL-ovog razvoja leži u činjenici da svaki foton koji padne na bateriju stvara više od jednog para elektronskih rupa na izlazu.

Razlog uspjeha bila je višestruka generacija ekscitona (MEG), učinak koji je prvi put korišten za stvaranje punopravne solarne baterije sposobne za proizvodnju električne energije. Intenzitet učinka povezan je s parametrima materijala, s razmakom u poluvodiču, kao i s energijom padajućeg fotona.

Veličina kristala je presudna jer kvantne točke ograničavaju nosioce naboja i mogu sakupljati suvišnu energiju, jer bi se u suprotnom ta energija jednostavno izgubila u obliku topline.

Laboratorij vjeruje da su elementi utemeljeni na MEG efektu vrlo vrijedni kandidati za titulu nove generacije solarnih panela.

Još jedan neobičan pristup stvaranju solarnih ćelija predložio je Prashant Kamat sa Sveučilišta Notre Dame. Njegova skupina razvila je boju na temelju kvantnih točkica titanovog dioksida obloženih kadmij sulfidom i kadmijevim selenidom u obliku smjese vode i alkohola.

Pasta je nanesena na staklenu ploču s provodljivim slojem, zatim se ispalila i rezultat je bio fotonaponske baterije, Supstrat pretvoren u fotonaponski panel potreban je samo elektroda na vrhu, a električnim strujama moguće je dobiti ako ga postavite na sunce.

Znanstvenici vjeruju da će u budućnosti biti moguće stvoriti boju za automobile i kuće i tako pretvoriti, recimo, krov kuće ili karoseriju automobila, obojane ovom posebnom bojom, u solarne ploče. To je glavni cilj istraživača.

Iako učinkovitost nije velika, samo 1%, što je 15 puta manje od klasičnih silikonskih ploča, solarna boja može se proizvesti u velikim količinama i to vrlo jeftino.Tako se energetske potrebe u budućnosti mogu zadovoljiti, kažu kemičari iz grupe Kamat, koji nazivaju svoje potomstvo «Sunce-uvjerljivi», što u prijevodu znači "solarno vjerovatno."

Sljedeća neobična metoda pretvorbe sunčeve energije ponuda na Massachusetts Institute of Technology. Andreas Mershin i kolege stvorili eksperimentalne baterije temeljene na kompleksu bioloških molekula sposobnih "skupljati" svjetlost.

Fotosustav PS-1, posuđen u cijanobakteriji Thermosynechococcus elongatus, predložio je molekularni biolog Shuguan Zhang i nekoliko njegovih istomišljenika 8 godina prije početka aktualnih pokusa, Andreas Mershin.

Pokazalo se da je učinkovitost sustava samo oko 0,1%, ali to je već važan korak na putu masovnog uvođenja u svakodnevni život, jer su troškovi stvaranja takvih uređaja izuzetno niski, a općenito biološki vlasnici mogu stvoriti vlastite baterije pomoću skupa kemikalija i hrpe svježe pokošene trave , U međuvremenu, brojna poboljšanja povećati će učinkovitost na 1-2%, tj. na komercijalno održivu razinu.

Ranije su slične ćelije s fotosustavima mogle djelovati razumno samo pod laserskom svjetlošću koncentriranom strogo na ćeliji, a zatim samo u uskom rasponu valne duljine. Uz to su bile potrebne skupe kemikalije i laboratorijski uvjeti.

Drugi problem je bio što molekularni kompleksi izvađeni iz biljaka ne bi mogli dugo postojati. Tim instituta razvio je skup površinski aktivnih peptida koji omotavaju sustav i zadržavaju ga dugo vremena.

Povećavajući učinkovitost prikupljanja svjetla, tim s Tehnološkog instituta u Massachusettsu riješio je problem zaštite fotosustava od ultraljubičastog zračenja, što je prethodno oštetilo foto sustav.

PS-1 sadio se ne na glatku podlogu, već na površinu s vrlo velikim efektivnim površinama, to su bile cijevi od titanijevog dioksida debljine 3,8 µm s porama od 60 nm, i guste šipke cinkovog oksida visine nekoliko mikrometara i promjera nekoliko stotina nanometara ,

Ove varijante fotoanode omogućile su povećanje broja molekula klorofila pod svjetlošću i zaštitile PS-1 komplekse od ultraljubičastih zraka, jer ih oba materijala dobro apsorbiraju. Osim toga, cijevi od titana i cink palice također igraju ulogu okvira i djeluju kao nosači elektrona, dok PS-1 sakuplja svjetlost, asimilira ga i odvaja naboje, kao što se događa u živim stanicama.

Stanica izložena suncu dala je napon od 0,5 volti, specifične snage 81 mikroW po kvadratnom centimetru i gustoće fototoka od 362 µA po kvadratnom centimetru, što je 10 puta više od bilo kojeg drugog biovoltaičnog sustava poznatog ranije utemeljenog na prirodnim fotosustavima.

Sada razgovarajmo o tome solarne ćelije na bazi organskih polimera, Ako uspostave masovnu proizvodnju, bit će mnogo jeftiniji od konkurenata iz silicija, unatoč činjenici da su već postigli učinkovitost od 10,9%. Tandem polimerna solarna baterija, koju je stvorio tim znanstvenika sa Sveučilišta u Kaliforniji, Los Angeles (UCLA), ima nekoliko slojeva, od kojih svaki djeluje sa svojim dijelom spektra.

Uspješna kombinacija različitih tvari koje se međusobno ne ometaju kada rade zajedno najvažnija je točka. Iz tog razloga, autori su posebno razvili konjugirane polimere s malim razmakom.

U 2011. godini, znanstvenici su uspjeli dobiti takvu jednoslojnu polimernu ćeliju s učinkovitošću od 6%, dok je tandem stanica pokazala učinkovitost od 8,62%. Radeći dalje, istraživači su odlučili proširiti opseg radnog spektra u infracrvenoj regiji, a morali su dodati i polimer japanske tvrtke Sumitomo Chemical, zahvaljujući kojem su uspjeli postići učinkovitost od 10,9%.

Ovaj se najuspješniji dizajn sastoji od prednje ćelije izrađene od materijala s velikim zazorom od pojasa i stražnje ćelije s uskim razmakom.Autori razvoja tvrde da izrada takvog pretvarača, uključujući troškove materijala, nije skupa, štoviše, sama tehnologija kompatibilna je s tankoslojnim solarnim pločama proizvedenim danas.

Čini se da će u narednih nekoliko godina solarne ćelije na bazi organskih polimera postati komercijalno održive, jer programeri planiraju povećati njihovu učinkovitost na 15%, odnosno na razinu silicija.

Zaokruživanje recenzije super tanki solarni paneli debljine 1,9 mikronakoji je 10 puta tanji od bilo kojeg drugog baterija tankog filma stvorenog ranije. Japanski i austrijski znanstvenici zajedno su stvorili tanku organsku, neobično fleksibilnu solarnu ploču. Na demonstraciji je proizvod bio omotan oko ljudske dlake promjera 70 µm.

Za izradu baterije korišteni su tradicionalni materijali, ali podloga je izrađena od polietilen tereftalata debljine 1,4 mikrona. Uz učinkovitost od 4,2%, specifična snaga nove solarne baterije bila je 10 vata po gramu, što je općenito 1000 puta veće od odgovarajućeg pokazatelja za multikristalne silikonske baterije.

S tim u svezi, čini se da obećava razvoj takvih područja kao što su "pametni tekstil" i "pametna koža", gdje osim solarnih panela, elektronički mikrovezji stvoreni sličnom tehnologijom mogu biti jednako tanki i fleksibilni.

Vidi također:5 neobičnih dizajna vjetroelektrana