Ultravékony napelemekkel sokkal több felület lesz felhasználható energiatermelésre

2022 / 12 / 16 / Bobák Zsófia
Ultravékony napelemekkel sokkal több felület lesz felhasználható energiatermelésre
Nem csak szilárd felületekre, hanem akár sátrak ponyvájára is lehet telepíteni az MIT kutatói által kifejlesztett napelemeket, amely hatékonyság tekintetében is felveszik a versenyt a nagyobb modulokkal.

A napelemek általi energiatermelés jelentős szerepet játszhat a fosszilis energiahordozókról az alternatív forrásokra való átállás során, többek között a széleskörű felhasználhatóságuk miatt is: míg egy szélerőmű telepítése nagy helyet és egy alapstruktúra kialakítását igényli, addig a napelem paneleket viszonylag könnyen, bárhova el lehet helyezni, például a kihasználatlan területet képező tetőkre. A problémát csak az jelenti, hogy a napelemek teljesítménye a napsugarak energiájának hasznosítása során nem a legjobb, laboratóriumi körülmények között sikerült már elérni a kutatóknak a 30%-ot közelítő hatásfokot a szilícium alapú és perovszkitra épülő eszközök esetében is, de az ennél nagyobb hatékonyságú verziókra még várni kell.

A további kutatások és fejlesztések mellett az egyik megoldást az jelentheti a teljesítmény fokozására, ha a napelemekből minél többet telepítenek akár cégek, akár magánszemélyek az erre alkalmas területekre, de ilyen helyekből is hiány alakulhat ki hamarosan. Kínában a Taihang-hegység egy része például hatalmas panelborítást kapott, amely Quyang megye energiaellátását biztosítja és a Góbi-sivatagban is óriási, 450 GW-os nap-, és szélerőmű parkot terveznek létrehozni, de a kormány idén nyáron már szigorúbb intézkedéseket tervezett bevezetni a telepítésekkel kapcsolatban egyes területek környezetének megóvása érdekében és fontolóra vette a naperőművek építésének tiltását bizonyos mezőgazdasági és erdőterületeken. Hasonló tiltásra készülnek az Egyesült Királyságban is, ahol a korábbi brit miniszterelnök, Liz Truss érvelt a napelemek mezőgazdasági régiókban való használata ellen.

De mi lenne, ha nem kellene egész panelsorokat felállítani a napenergia kiaknázásához, hanem azokon a helyeken lehetne az elemeket gyorsan installálni és alkalmazni, ahol a felhasználók a legközelebb vannak? A Massachusetts-i Műszaki Egyetem legújabb fejlesztése hozzájárulhat ennek jövőképnek a megvalósulásához, megalkották ugyanis a legkönnyebb napelemeket a világon, amelyeket egyszerűen fel lehet ragasztani hajlékony felületekre is.

A napelemek a hajszálaknál sokkal vékonyabbak és emellett rendkívül flexibilisek is: a tesztek során 500-szor tekerték fel, majd egyenesítették ki a mérnökök az elemekből készült panelt és a teljesítményük alig romlott a vizsgálat végére. A panelek alapját egy matricához hasonló, lehúzható anyag adja, amire elektronikus tinta formájában nanoanyagot visznek fel. A kutatók a mérések során sokféle alappal kísérleteztek, de végül az üveg helyett, ami túlságosan törékeny volt, PET-et (polietilén-teraftalát) használtak, majd fluroropolimer és parilén réteget helyeztek el rajta. A borítás elkészülte után az átlátszó elektródákat lézerrel mintázták, később felkerültek rá az elektronok traszportját biztosító ón-oxid, majd a fotoaktív rétegek és a cellák további összetevői is. A kész eszközt egy mozdulattal fel lehet helyezni bármilyen felületre, ahol kellő napsütés éri a megfelelő működéshez.

A mérések alapján ezek a napelemek századannyit nyomnak, mint a hagyományos panelek, de a kilogrammonkénti teljesítményük (a termelt energiát tekintve) tizennyolcszorosa a korábbi típusoknak. Mivel az elemek nagyon vékonyak, ezért sokat kell felhasználni belőlük a megfelelő energiamennyiség eléréséhez, de nagy előnyt jelent, hogy olyan felületekre is fel lehet őket ragasztani, amelyek korábban nem voltak alkalmasak a napelemek telepítésére. A kutatók elképzelése szerint hajók vitorlájára vagy sátrak ponyvájára applikálva kietlen, a kiépített infrastruktúráktól távoli helyeken is lehetségessé válna az energiaellátás megoldása, anélkül, hogy nagy helyet foglalnának az egységek.

Emellett a vékony napelemek az épületek falára helyezve is termelhetnék az áramot,

nem csak a tetőn, vagy akár drónok szárnyára integrálva növelhetik a hatótávot.

A napelemek rendkívüli vékonyságuk miatt nem túl strapabíróak, ezért egy olyan alaprétegre kell ragasztani őket, ami szintén nagyon könnyű, de a tudósok már találtak egy ígéretes jelöltet, ami megfelel a kritériumoknak: a Dyneema nevű kompozit anyagot. A Dyneema nagy szakítószilárdsággal bír, de négyzetméterenként csak 13 grammot nyom, ezért jól használható alapként. A vizsgálatok során az eszköznek kilogrammonként 730 Watt volt a maximális teljesítménye, a Dyneemával kombinálva ez valamivel csökkent, 370 W/kg-ra. Az MIT leírása szerint azonban ez még mindig több, mint amire a hagyományos napelemek képesek: számításaik szerint Massachusettsben az átlagos tetőpanelek teljesítménye 8000 Watt, ami az újfajta, ultrakönnyű panelekkel elérhető lenne csak 20 kilogrammnyi súlyú elem telepítésével.

Az ígéretes eredmények azonban csak a fejlesztések kezdetét jelentik, a gyakorlati felhasználás és utána a tömeggyártás és kereskedelmi forgalmazás előtt még el kell hárítani egy akadályt az útból: a panelek védelmét szolgáló réteget is ki kell alakítani valamilyen könnyű anyagból, ami nem nyom többet a napelemeknél és nem növeli sokkal a súlyt. A modulok mindössze 15 mikron vastagságúak és a borításuk sem lehet sokkal vastagabb, ha a napelemek legnagyobb előnyét, a pehelysúlyú szerkezetet meg szeretnék őrizni, ezért a következő lépést a borítás kialakítása jelenti. A kutatók jelenleg ezen dolgoznak, a későbbiekben pedig a gyártási technológia leegyszerűsítésével tervezik elősegíteni az eszközök széleskörű használatának terjedését.

(Fotó: Melanie Gonick/MIT)

Kínai kutatók olyan antennát építettek, ami képes fogadni az űrben termelt napenergiát Kína már csaknem tíz éve foglalkozik komolyan azzal, hogyan lehetne hatékonyabban kihasználni a napenergia nyújtotta lehetőségeket a Föld körüli pályára telepített napelemfarmok segítségével, egy június 5-én kiadott közlemény alapján pedig úgy tűnik, jelentős mérföldkövet értek el ennek megvalósításában.


Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!
Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.