Napelemek: Küszöbön az új generáció

Magazin

írta: Nagy Adrienn
2014/02/06


A jövőben lehetőség nyílik arra, hogy műanyagot és a földfémeket természetes alkotórészek váltsák fel.

Hatvan éve annak, hogy megépítették az első, napjainkban is közel ugyanazon működési elvre támaszkodó napelemet, űr- és hadiipari fejlesztésként. 1971-ben a NASA "átmentette" a technológiát a világ számára, elindítva ezzel a (nap)fény - mint megújuló energia - felhasználásának sikertörténetét. Ma már az élet minden területén találkozhatunk napcellákkal, a napelemes számológépektől a tetőkön elhelyezett napelemeken át egészen a műholdakig. Nem kizárólag napfény, ezért a fenti zárójel is, hiszen bármilyen megfelelő fényspektrummal rendelkező fényforrás esetén lezajlik a jelenség: Működésének elve, hogy a fénysugárzás elnyelődésekor töltött részecskéket generál (a fotonok kimozdítják a félvezető elektronjait a kötéseikből), így elektrontöbblet keletkezik, azaz elektromos áram jön létre.

A piacon megtalálható napelemek jelentős hátránya, hogy nem környezetbarát anyagok felhasználásával készülnek. A jövőben lehetőség nyílik arra, hogy műanyagot és a földfémeket természetes alkotórészek váltsál fel.

Alapanyag szerinti típusok:

  • Gallium Arzenid alapú: A legdrágább és a leghatékonyabb, hatásfoka elérheti akár a 44%-ot is. Elsősorban műholdakon használják.
  • Egykristályos szilícium (Si): Drága, de hatékony. A legkorszerűbb panelek hatásfoka 18%. Ipari és lakossági felhasználásra gyártják.
  • Polikristályos szilícium: Némileg olcsóbb mint az egykristályos, ám kevésbé hatékony, hatásfoka körülbelül 15%.
  • Amorf szilícium: A szilíciumos napelemek legolcsóbbika, hatásfoka mindössze 5-8%.
  • Egyéb félvezető alapú: Ilyenek a kadmium-tellurid, a réz-indium-gallium-szelenid napelemek. Hatásfokuk 15% alatti.
  • Szerves festék alapú: Elektrokémia elven működik, hatásfoka 2-4%.
  • Szerves anyag (polimer) alapú: Olcsó, de hatásfoka csupán 2-5%.

 

A műanyag helyett papír
A Mayland-i, a Nebraska-Lincoln Egyetem és a Dél-Kínai Műszaki Egyetem kutatók munkájának eredménye az az új típusú papír, ami a napelemek gyártásakor használt műanyagot helyettesítheti. A fából kinyert rost szálak olyan 94%-ban átlátszó anyagot képeznek, ami fedő rétegként szolgálhat a paneleken.

A kísérletek során a rost szálakkal fedett napelemeket szilícium réteggel is be vonták, így 10 százalékkal növelték annak fénygyűjtő hatékonyságát. Ez a laminálási technika a már elkészített és beépítet elem teljesítményét is növelheti.

A kutatócsoport tanulmánya azt mutatja, hogy a produktivitás növelése mellett gazdaságosabb is az új „zöld” termék, a forgalomba lévő üveg, műanyag vagy a nano szálas napelemeknél, mivel kevesebb energia és idő szükséges a rost szálas elem legyártásához.

Grafén válthatja ki a szilíciumot
Spanyolországban végzett mérések szerint, egy nanotechnológiai anyag válthatja ki a jelenleg használt anyagokat. Az ICFO tudományos intézet (Institute of Photonic Sciences) munkatársai arra a megállapításra jutottak, hogy a grafén a fotonok elnyerése során eredményesebben alakítja a fényt energiává, mint a szilícium. A szilícium és a gallium-arzenid ugyanis a fényből elektromágneses energiát generál, ami hő keletkezésével, ezáltal energiaveszteséggel jár. Frank Koppens kijelentette, hogy a mai szilícium cellák elméleti hatékonysága határa 30 százalék, míg a grafén napelemeké több mint 60 százalék.

Andrea C. Ferrari, a Cambridge-i Egyetem nanotechnológia professzor szerint, nincs még egy ilyen anyag a világon. A grafén rugalmas, robusztus, és könnyen integrálható más anyagokkal, mindemellett viszonylag olcsó, ami lehetővé teszi, a hatékonyabb és olcsóbb napelemek színrelépését.


Kép forrása: Wikipedia / AlexanderAlUS

 

forrás: phys.org, wikipedia.org, technologyreview.com, koppensgroup.icfo.es, g.eng.cam.ac.uk

A rovat új hírei

Hasonló

Erőmű az űrben

Hatalmas, napelemes erőművet építene Kína az űrben - ez lenne az emberiség eddigi legnagyobb földöntúli beruházása.

Az első életnagyságú E-fa

A napenergiával működő E-fa célja, hogy életre keltse a közterületeket: Kényelmes pihenőhely, töltőállomás és Wi-Fi egyben.

A rovat legolvasottabbjai