Megújuló energiaforrások

Mérföldkő a napelem-technológiában: 3D-s napelemek

A Nap körülbelül 87 petawatt energiát küld bolygónk felé, ha ennek csak egy kis részét hasznosítjuk, akkor közelebb kerülünk ahhoz, hogy függetlenítsük magunkat a fosszilis energiától. A fény energiává való konvertálása elsősorban a napelemekkel történik, a napelem-technológia pedig rohamosan fejlődik.

A ma használatos napelemekkel sajnos több probléma is van, így széles körben elterjedt alkalmazása folyamatosan akadályokba ütközik: a napenergia hasznosítása egyre nehezebb, minél távolabb haladunk az Egyenlítőtől, hiszen az energiává alakítható napfény mennyisége naponta és évszakonként is nagymértékben változik, minél közelebb járunk a sarkkörökhöz. Ezeket a változásokat mérsékelni lehet a Nap mozgását követő napelem-rendszerekkel, ám ezek a technológiák nagyon drágák.

Marco Bernardi és munkatársai a cambirdge-i Massachusetts Institute of Technology-tól (MIT) azt állítják, hogy ezt a problémát egyszerűen orvosolni lehet, és nagyságrendekkel képesek megnövelni a napelemek teljesítményét: a kétdimenziós napelemek helyett Bernardi és munkatársai a háromdimenziós szerkezetek használatát javasolják.

Bernardiék különböző alakú napelemeket vizsgáltak meg, és többet teszteltek az MIT épületének tetején. Az eredmények alapján arra következtettek, hogy a 3D-s napelemek a leghatékonyabbak, hiszen hagyományos társaiknál több energiát állítanak elő, és megduplázzák azon órák számát, amikor a napelem maximális teljesítményt tudnak elérni.

Két hatás működik a háromdimenziós napelemek esetében: egyrészt hasznosítani tudják a napsugarakat akkor is, amikor a Nap közelebb van a horizonthoz, másrészt a szerkezeten belül létrejövő tükröződés miatt nő a hasznosított sugarak mennyisége. Ráadásul a 3D-s szerkezet alakja nem is olyan összetett, egy nyitott tetejű kocka vagy téglatest, kívül-belül napelemekkel borítva 3,8-szer több energiát állít elő, mint egy ugyanekkora alapterületű kétdimenziós szerkezet. A Nap mozgását követő napelemek is csupán 1,8-szer hatékonyabbak, mint a hagyományos társaik.

Az ötlet végső próbatétele természetesen a gazdaságosság. A kockának sokkal nagyobb a felülete, mint egy téglalapnak, így egy napelemkocka értelemszerűen sokkal drágább, mint egy kétdimenziós panel, de Bernardiék azt mondják, hogy a megtermelt energia mennyisége kárpótol mindenkit a magas kezdeti költségekért. Ha a csapat számításai beválnak, akkor a 3D-s napelemek forradalmasíthatják a piacot. A Bernardiék által kifejlesztett háromdimenziós szerkezetek ráadásul összecsukva, kétdimenziósként szállíthatók, csak a telepítéskor nyerik el végleges formájukat.

Sőt, Bernardiék szerint a 3D-s napelemeknek is bőven van hová fejlődni, hiszen a természetben csupa háromdimenziós analógiát – a fákat és más növényeket – találhatunk, melyek messze nem doboz alakjuk van, hanem inkább fraktál-szerű struktúrákat alkotnak. Ezeknek a formáknak a másolása ugyan a mai technológia számára még csak nagyon nehezen lehetséges, így a további kutatások és fejlesztések szükségesek ahhoz, hogy a természet tökéletességét csak megközelítő napelemeket hozhasson létre a tudomány.

Forrás: http://www.technologyreview.com