Egy új eljárás versenyképessé teheti a napenergiát

A Stanford Egyetem mérnökei kidolgozták hogyan generálható elektromosság a nap fényének és hőjének egyidejű alkalmazásával, elméletileg a jelenlegi megoldások hatékonyságának több mint kétszeresét érve el, miközben a technika árban akár az olajjal is felveheti a versenyt.

A napelemeknél jelenleg alkalmazott fényelektromos technológiával ellentétben, ami a hőmérséklet növekedésével veszít a hatékonyságából, a "fotonnal erősített termoionos kibocsátás" névre keresztelt, röviden PETE-ként emlegetett új eljárás kamatoztat a magasabb hőmérsékletből és az ígéretek szerint felül fogja múlni a jelenleg alkalmazott fényelektromos és hőátalakító technológiákat.

"Ez egy valódi fogalombeli áttörés, egy új energia átalakítási folyamat, nem csupán egy új anyag vagy valami trükközés" - nyilatkozott Nick Melosh, a kutatócsoportot vezető anyagtudományi és mérnök professzor, aki a Nature Materials szaklapban publikálta eredményeiket.


Az eljárás megvalósításához szükséges anyag olcsó és könnyen beszerezhető, vagyis az általa nyert energia gazdaságos. A legtöbb napelem szilíciumot használ a fotonok fényenergiájának átalakítására, azonban a fény spektrumának csak egy részét tudják kiaknázni, a többi hővé alakul, ami a napelemek tökéletlenségével kombinálva több mint óriási veszteséget jelent. Természetesen sokak fejében megfordult már, hogy ha ezt a hőt valahogy energiává tudnák alakítani, akkor jóval nagyobb hatásfokot érnének el a napelemek. A gond az volt, hogy a hőalapú átalakító rendszerek működtetéséhez magas hőmérsékletre van szükség, miközben - ahogy fentebb is említettük - a magas hő erőteljesen rontja a napelemek teljesítményét.

Egészen mostanáig senkinek sem sikerült előállni a megoldással, Melosh csapata azonban kieszelte, hogy ha egy félvezető darabot bevonnak egy vékony cézium réteggel, az anyag képessé válik mind a fény, mind a hő hasznosítására. "Egy új fizikai folyamatot mutattunk be, ami nem a standard fényelektromos mechanizmusokon alapul, viszont hasonló reakciót biztosít nagyon magas hőmérsékleteken" - magyarázta Melosh. "Itt előny a hőmérséklet, minél nagyobb, annál jobb"

A kutatók szerint megoldásuk az úgynevezett napkoncentrátorokban működne a leghatékonyabban, a parabola alakú tányérokban ugyanis a hőmérséklet elérheti a 800 Celsius fokot is, a PETE eszköz pedig csak jóval 200 Celsius fok fölött éri el hatékonysága csúcsát, és bár az eljárás nem lenne képes az összes hő hasznosítására, a koncentrátorokkal a hőfelesleget eljuttathatnák más hőátalakító rendszerekhez, így akár a beérkező napenergia 60 százalékát hasznosíthatnák.

A kutatók koncepciójuk teszteléséhez egy gallium-nitrid félvezetőt használtak, amivel ugyan nem sikerült elérniük a kikalkulált hatékonyságot, viszont csak a gallium-nitrid volt képes elviselni azt a hőmérséklet tartományt, ami a PETE folyamat kialakulásához szükséges. A megfelelő anyaggal, ami valószínűleg egy, a háztartásokban is széles körben alkalmazott gallium-arzenidhez hasonló anyag lenne, a tényleges hatékonyság elérné a kutatók által kalkulált érték 50-60 százalékát. A kutatók jelenleg ennek az anyagnak a megtalálásán dolgoznak.


Egy kis méretű PETE eszközt tesztelnek a laboratóriumi vákuum-kamrában
A napkoncentrátorokban alkalmazott PETE rendszer másik előnye, hogy egészen kis mennyiségű félvezető anyag szükséges hozzá, így jelentős megtakarítások érhetők el az anyagköltség terén, ami nem igazán mondható el a nagy nappanelekről, miközben pont az anyagköltség az egyik gátja a napenergia ipar fejlődésének.

Melosh szerint, ha nem is sikerülne elérniük az általuk kalkulált hatékonyságot, eljárásuk akkor is jelentős lökést adhat a napenergia alkalmazásoknak, hiszen ha csak a jelenlegi adatok alapján a ma uralkodó 20 százalékot 30-ra emelnék, az is összességében 50 százalékos hatékonyság növekedést jelentene, miközben a költségeket visszaszorítanák, így versenyképessé tehetnék a napenergiát az olajjal szemben.