Az Austin-i Texasi Egyetem kémikus kutatója, Xiaoyang Zhu csoportjával felfedezte, hogy a hagyományos napelem cellák hatékonysága jelentősen megnövelhető. Egy szerves műanyag félvezető anyag segítségével megduplázható az egy foton segítségével nyerhető elektronok száma.
A műanyag félvezető napelem celláknak van egy nagy előnye, az alacsony ár. Ha a molekuláris tervezés és szintetizálás széles lehetőségeivel kombinálják ezt a felfedezést, megnyílik a lehetőség egy új, izgalmas energia-konverzió megközelítésére, ami sokkal nagyobb hatékonysághoz vezet.
Az elméleti maximális hatékonysága a szilícium celláknak manapság 31%, mert a nap energiája, ami eléri a cellát túl nagy ahhoz, hogy használható elektromos árammá alakuljon.
Ez a “forró elektronok” formájában meglevő energia ehelyett hővé alakul. Ezen forró elektronok kihasználásával a napenergia-elektromos energia konverzió hatékonysága akár 66%-ra is megnövelhető.
Zhu korábban már bemutatta, hogy ezek az elektronok félvezető nanokristályokkal befoghatók. 2010-ben már publikálták a Science magazinban ezt a kutatást, de azt is hozzátették, hogy ennek az életképes technológiának a megvalósítása nagy kihívás.
Egy részről a 66% hatékonyság csak akkor elérhető, ha közvetlenül fókuszált napfényt használnak, nem azt a nyers napfényt, mely általában éri a napelemet. Ez viszont az új anyagnál megvalósítási problémákat hoz elő.
Azért, hogy kikerüljék ezt a problémát, Zhu és csapata alternatívát talált. Felfedezték, hogy a foton egy sötét kvantum “árnyék állapotot” hoz létre, melyből két elektron hatékonyan kinyerhető, hogy több energiát adjon a félvezető.
Zhu szerint ennek a mechanizmusnak a kihasználásával a napelem cella hatékonysága elérheti a 44%-ot a napfény fókuszálása nélkül is, ami jelentősen megnövelheti a napenergia elterjedését.
Az elérhető napenergia közelebb van mint gondolná
Ideje megváltoztatni azt a gondolatunkat, mely szerint a napelem egy különleges, egyedi energiaforrás.
Ugyan jelenleg az USA elektromos áram igényének csak 1%-át állítja elő napelem, de Joshua Pearce a Michigani Műszaki Egyetem villamosmérnöki és anyagtudományi karának docense szerint ez pár éven belül megváltozik.
A megújuló energia legfrissebb ága lesz a fő irány.
Ez az egész csak gazdaságosság kérdése. Pearce és az Ontarioi Kingstonban található Queens Egyetemi kollégái analízise szerint a napelemes rendszerek elérték a billenési pontot sok területen. Ugyanannyiért vagy alacsonyabb áron állítanak elő energiát, mint amennyit jelenleg fizetnek érte a vásárlók.
Íme az okok:
Először is a napelemek ára lezuhant, 2009 óta az ár 70%-al csökkent. Korábbi elemzések még a megtérülést sem látták elérhetőnek.
Régebben a hagyományos energiaforrások és a napelemek összehasonlításában az emberek nagyon konzervatívak voltak. A napelemes elektromos áram árának valós összehasonlításához a felszerelés, a karbantartás, finanszírozási díjak és élettartamon kívül meg kell nézni, összességében mennyi energiát termelt.
Pearce és kollégái átnézték a korábban készült tanulmányokat, és megállapították, hogy ezek a paraméterek köszönő viszonyban sem voltak a valósággal.
Mind a mai napig tartja magát az a félreértés, hogy a napelemek rövid életűek, ezért a technológia drága. A valóságban a panelek félvezető elektromos áramkörök mozgó alkatrészek nélkül, így hosszú életűek.
A legutóbbi hosszútávú tanulmányok szerint a gazdaságossági elemzést minimum 30 éves élettartamra kell végezni.
Több analízis az idők során történő teljesítményromlást évente 1% vagy nagyobb arányúnak feltételezte. Ez hatalmas túlbecslés, hiszen a jelenlegi jó minőségű napelemeknél 0,1 és 0,2%-os ez az érték.
Végül, a napelemes rendszerek ára zuhant, tehát a régi elemzésekben magas becsült árak szerepelnek. Ezek ma már nem igazak.
A berendezések ára a dollár / megtermelt energia szerint meghatározható. Ezt több becslés 2-10 dollár kozé teszi. A jelenlegi valós összeg 1 dollár alatt van a világpiacon, bár az árak természetesen eltérőek.
A világ néhány táján a napelemes energia az elsődleges, és a tanulmány szerint egyre nagyobb földrajzi térségben ér el döntő szerepel.
Néhány területen, ahol állami támogatást, segítséget kap a napelemes ipar, sok rendszer települ felfuttatva a piacot.
Máshol a telepítések alacsony darabszáma miatt magas a telepítés költsége.
Hozzá tartozik, hogy az ilyen gazdasági elemzések nem számolnak a megfoghatatlan előnyökkel, mint csökkent környezetszennyezés és széndioxid kibocsájtás.
Azt se felejtsük el, hogy egy uzsonnásdoboz mennyiségű homok elegendő egy tető vékonyfilm napelemmel való ellátásához. Ez pedig nem fenyegeti a világ homokos strandjait.
Mivel a hagyományos energiaforrások ára folyamatosan emelkedik, a napelemek hamarosan az energiapiac fő szereplői lesznek.
A Google napelembe fektet
Az internet óriása bejelentette, hogy 94 millió dollárt fektet be napelemes megújuló energia projektekbe Sacramento közelében, és ezzel a földet védő energiatermelő befektetéseinek összege eléri a 915 millió dollárt.
Axel Martinez a Google helyettes pénztárnoka blog postjában írta, hogy a megújuló energiába való befektetés üzleti érdek, és reméli, hogy a tiszta energia projektek új pénzeket mozdítanak meg, hogy a világot egy tiszta, fenntartható energiájú jövő felé vigyék.
Ez a Google első nagy léptékű, nem családi háztetőkre szóló, hanem napelemes erőművet támogató megújuló energiás befektetése.
A rendszer várhatóan 13000 otthon energiaigényének megfelelő elektromos áramot termel.
A Google elkötelezte magát több mint 10000 családi ház tulajdonosának napelemmel való elátásának támogatásában is.
A falra festett napelem
A furcsa ötletet már meg is valósították. Ez a napelem folyékony, és a falra vagy bármilyen más felületre felvihető.
Az USA beli Notre Dame egyetem kutatói ráadásul nagyon fontos szempontként azt akarták megvalósítani, hogy a “festék”-napelem megfizethető árú legyen.
Azon már nem is kell meglepődnünk, hogy a kutatás vezető professzorának célja is volt, hogy túllépjenek a hagyományos szilícium alapú napelem technológián.
Az elektromos energiát félvezető nanorészecskék állítják elő, melyek nanoméretű titánium-dioxid belsejű és kadmium-szulfid vagy kadmium-szelenid bevonatú úgynevezett kvantumpontokból állnak.
Ezt az anyagot víz és alkohol keverékében oldják és így krémszerű anyagot hoznak létre. Ez a festék később bármilyen felületre felvihető és nem kíván semmilyen különös technológiát.
Ezt a festéket átlátszó, de vezető anyagra felvitték, és fénynek kitéve elektromos áramot termelt. A hatásfok jelenleg 1%, ami még elég kevés, de folyamatosan dolgoznak a fejlesztésen.
A megoldás elsődleges előnye a nagy mennyiségben is könnyen előállítható, alacsony árú anyag, mely univerzális használhatósága miatt nagy lehetőség a jövő energiaellátása számára.