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.