Solární panely již nějakou dobu existují, ale materiály, z nichž jsou vyrobeny, z nich činí neschopné přeměnit více než čtvrtinu sluneční energie na využitelnou elektřinu. Podle výpočtů MIT potřebuje průměrný dům ve slunné Arizoně ještě asi 574 čtverečních stop solárních panelů (za předpokladu, že účinnost asi 15 procent) splní jeho denní energetické potřeby. V chladném a šedozeleném Vermontu by stejný dům potřeboval 861 čtverečních stop. To je hodně obložení.
Proto výzkumníci MIT experimentují s úplně novým procesem přeměny slunečního světla - s procesem využívajícím extrémně vysoké teploty ke zvýšení účinnosti. Pokud to funguje ve velkém měřítku, mohli bychom vidět v příštích letech divoce účinnější solární panely, což by potenciálně změnilo hru na sluneční energii.
„Náš výzkum se snaží řešit základní omezení přeměny fotovoltaické energie, “ říká David Bierman, jeden z výzkumných pracovníků, který projekt vede.
Tato technologie přemění sluneční světlo na teplo a poté přemění teplo zpět na světlo. Tento proces používá koncentrátor světla, který se nazývá „absorbér-emitor“, s absorpční vrstvou pevných nanotrubek z černého uhlíku, které přeměňují sluneční světlo na teplo. Když teploty dosáhnou asi 1000 stupňů Celsia (tak horkých jako láva z mnoha sopek, jen abych vám dal představu), emitující vrstva, vyrobená z fotonického krystalu, posílá energii zpět jako druh světla, které může solární článek použít.
Optický filtr odráží všechny světelné částice, které nelze použít, což je proces zvaný „recyklace fotonů“. Tím se dramaticky zvyšuje účinnost, takže buňky jsou dvakrát tak účinné než současný standard.
Je vhodné říci, že tato technologie se nazývá „horké solární články“. Buňky byly nedávno pojmenovány jedním z „10 průlomových technologií roku 2017“ od společnosti MIT Technology Review., od mozkových implantátů po samohybné kamiony až po fotoaparáty schopné pořizovat 360stupňové selfies, „ovlivní ekonomiku a naši politiku, zlepší medicínu nebo ovlivní naši kulturu“, uvádí MIT Technology Review . "Někteří se nyní rozvíjejí; jiní budou trvat deset let nebo déle, než se vyvíjí, " říkají editoři. "Ale měli byste o nich vědět hned teď."
Černé uhlíkové nanotrubice tvoří vrstvu absorbéru a emitoru panelu. (MIT) Tato technologie je nadřazena standardním solárním článkům na velmi základní úrovni. Polovodičový materiál standardních buněk, který je téměř vždy křemík, obecně zachycuje pouze světlo od fialového do červeného spektra. To znamená, že zbývající část spektra slunečního záření je ztracena. Kvůli tomuto základnímu problému mohou solární články přeměnit pouze asi třetinu sluneční energie na elektřinu. Tato horní hranice, maximální teoretická účinnost solárního článku, se nazývá Shockley-Queisserův limit. Solární panely vyrobené pro domácí použití obecně převádějí mnohem méně, než je limit Shockley-Queisser, protože nejúčinnější materiály jsou stále velmi drahé. Ale s horkými solárními články by tento limit platný pro více než 50 let mohl být historií.
V tuto chvíli mají vědci pouze prototyp. Může to být deset a více let, než uvidíme tyto horké solární články na trhu. V současné době jsou materiály tak drahé, že by bylo obtížné přeměnit buňky na panely o velikosti potřebné pro komerční použití.
"Budeme muset vyřešit celou řadu problémů souvisejících s rozšiřováním zařízení, abychom skutečně vytvořili síly, které jsou užitečnými řešeními pro lidi a jejich problémy, " říká Bierman.
Bierman a jeho kolegové na projektu Andrej Lenert, Ivan Celanovic, Marin Soljacic, Walker Chan a Evelyn N. Wang jsou optimističtí, aby mohli překonat tyto limity. Také doufají, že přijdou na to, jak uložit další teplo pro pozdější použití. To by mohlo znamenat čistou energii v nejoblačnějších zimních dnech. Dokonce i ve Vermontu.
