A nanotechnológia teheti még hatékonyabbá a napelemeket?

A technológia papíron már létezik

Az alapgondolat a probléma megoldására az lenne, hogy az alacsonyabb energiájú, kisebb hullámhosszú fénytartományt valahogyan át kéne konvertálni hasznosíthatóvá.

Azonban a hősugárzást, rádió- vagy infrasugárzást nem olyan egyszerű átalakítani, mint például a villamosságnál a feszültséget.

Gyakori jelenség, hogy nagyobb energiájú, kisebb hullámhosszú és nagyobb frekvenciájú sugárzás hőt gerjeszt, ugyanis több energiából kevesebbet csinálni egyszerű.

Viszont két kisebb energiájú fotont egy nagyobb energiájúvá alakítani, az eddig példa nélküli.

Mint ahogyan a fizika egyéb törvényszerűségeinél is tapasztaljuk, nem csak a fény esetében, energiaközlés nélkül további gyorsulás nem lehetséges.

A Rice Egyetem kutatóinak sem sikerült még a kisenergiájú fotonok nagyobb energiájúvá egyesítése, azonban számításaik szerint lehetséges, és a számítógépes szimuláció is őket igazolja.

A szén nanocső csinál fényt a hőenergiából

A szén különböző formáival nap, mint nap találkozhatunk, például a ceruzában található grafit, a gyémánt, vagy akár kőszén formájában is, sőt, minden szerves anyag, köztük a mi testünk egyik alapvető építőeleme is.

Itt csupán az alkotó elem a közös, az alapanyagul szolgáló szénen kívül ezeknek a módosulatoknak valójában semmi közük egymáshoz.

Azonban a szén egy igen sokoldalú elem, rengeteg körülmény befolyásolhatja, hogy milyen alakot és formát vesz fel, és a nanocső is egy ilyen speciális alakzata.

Létezik már ugyan a valóságban is a szén-nanocső, azonban csak igen különleges, laboratóriumi körülmények között, magas hőmérsékleten és kellő nyomáson sikerült előállítani.

Nagyjából úgy kell elképzelni, mintha a grafitot alkotó grafénlemezeket felcsavarnánk, és így egy pár atomnyi átmérőjű, szénláncokból álló csövet kapnánk, ami igen különleges fizikai képességekkel rendelkezik.

Az amerikai kutatók számításai és szimulációi alapján ezeken a szén nanocsöveken áthaladva végbemehet a kisebb energiájú fotonok nagyobb energiájúvá egyesülése, azaz hőenergiából fény keletkezik.

Mi ennek a jelentősége?

Ha a gyakorlatban is sikerülne a nano-széncsövek által kínált fizikai átalakítást és a napelem technológiát ötvözni, akkor többszörösére lehetne emelni a panelek teljesítményét.

Hogy számszerűek legyünk: az eddigi átlagos 20-25%-os teljesítményt 80%-osra lehetne fokozni.

Mindez egy többrétegű napelem panelben valósulhatna meg, ahol a hőt és más alacsonyabb energiájú, kisebb hullámhosszú részecskéket egy széncsövekből álló réteg fénnyé alakítana, így a napfénynek sokkal szélesebb tartományát lehetne hasznosítani.

Más szakértők ellenben egy kicsit reálisabban gondolkodnak, ugyanis a nanocsöves megoldás felhős időben nem működne, míg a hagyományos napelem igen, lévén olyankor látható fény ugyan érkezik a Föld felszínére, de az infravörös sugárzást a légkör kiszűri.

Így tehát a felmerült 80%-os teljesítmény helyett sokkal inkább egy 40-60%-os átlagteljesítménnyel számolhatunk, ámbár a jelenlegihez képest még ez is igen jelentős előrelépés lenne.

Többet kell még addig aludni

Mivel jelenleg a napelemekkel kombinált technológia még kísérleti szinten sem létezik, csupán számítások és szimuláció igazolta a működőképességét, így nem érdemes egyhamar elkezdeni a forgalmazók kínálatában keresgélni a nanocsöves napelemeket.

Ezen kívül az előállítási költség jelenleg olyan magas, hogy az ezzel a technológiával előállított energiatöbblet sem fedezné azt.

Szén nanocsöveket szabályosan, működőképesen rendszerbe rendezni és napelem mellé integrálni momentán igencsak drága mulatság lenne, nem valószínű, hogy pillanatnyilag bárki meg tudná fizetni.

Mindettől függetlenül a texasiak felfedezése jelentős, mert a találmányuk képes koncentrálni és szűk spektrumtartományban kibocsájtani a hősugárzást.

Azon túl, hogy a napelemek technológiájában kiküszöbölne egy komoly hibát, több egyéb területen is igen nagy hasznot hajthatna.

Például hőerőművek, hőerőgépek, járművek esetén lehetne vele használhatóvá tenni a működés közben keletkezett hulladékhő jelentős részét.

Érdemes észben tartani

Ugyan az egyetem kutatói még nem tudják megmondani, hogy belátható időn belül mikor van esély arra, hogy ezen új technológiával kiegészült napelemek kerüljenek kereskedelmi forgalomba, de magát az ötletet még nem kell magunkban leírni.

Mindössze annyiról van szó, hogy a kutatás még gyerekcipőben jár, de elképzelhető, hogy egy évtizeden belül már bevett eljárás lesz.

Azonban a Rice Egyetem tudósai nem csak ezzel foglalkoznak, hiszen ők az amerikai napelem-kutatás egyik fellegvára.

Jelenleg is fut projekt a napelemek gyártásához használt anyagok fejlesztése céljából, hogy rugalmasabbak és ellenállóbbak legyenek, így még hatékonyabban dacolhassanak az időjárás szélsőségeivel.

Ezen kívül a két éve bemutatott, napenergia segítségével a vizet sótalanító berendezésük hatásfokában is 50%-os emelkedést sikerült elérniük.