Termofotowoltaika - przyszłość energetyki odnawialnej

Termofotowoltaika - przyszłość energetyki odnawialnej

Naukowcy z MIT opracowali hybrydowe ogniwo, które przekształca światło słoneczne na ciepło, a te następnie przetwarzane jest na energię elektryczną. To dodatkowe przekształcenie energii może znacząco poprawić sprawność paneli słonecznych, gdyż możliwe jest zaabsorbowanie promieniowania o długości fali, która do tej pory była niezagospodarowana.

Dotychczas wykorzystywane ogniwa półprzewodnikowe opierały się wyłącznie o konwersję fotowoltaiczną. Zasadę swojej pracy opierają o przepływ elektronów między warstwami półprzewodnika wywołany działaniem światła.

Warto, jednak zauważyć, że oprócz promieniowania świetlnego, na promieniowanie słoneczne składa się także promieniowanie cieplne, którego jedynie część absorbują ogniwa fotowoltaiczne. Wynika to z ich budowy półprzewodnikowej, która narzuca reżim na długość fali, jaką może ono zaabsorbować. Fale o zbyt dużej energii są bezpowrotnie tracone w postaci ciepła odłożonego na ogniwie. Dzięki wykorzystaniu ogniw termofotowoltaicznych (TPV) możliwe będzie jego wykorzystanie i przekroczenie bariery wydajności jednowarstwowych paneli słonecznych, tzw. limitu Shockleya-Quissera, wynoszącego 33,7%. Co warte podkreślenia, oprócz niewątpliwych zalet związanych z efektywnością ogniwa TPV są bezgłośne i praktycznie bezobsługowe.

Inżynierowie z MIT skonstruowali urządzenie, które składa się z nagrzewanego przez promieniowanie słoneczne absorbera oraz emitera, który przekształca ciepło na promieniowanie podczerwone, mogące zostać zabsorbowane przez komórki ogniwa. Dwuwarstwowa nanostruktura okazała się kluczem do sukcesu. Do budowy absorbera wykorzystano nanorurki, natomiast emiter został wykonany z kryształów fotonicznych.

Dotychczas naukowcom udało się osiągnąć sprawność na poziomie 3,2%. Jest to wynik kilkukrotnie niższy niż efektywność tradycyjnych ogniw fotowoltaicznych, których sprawność stoi na poziomie 7-16%. Jednak, w przypadku ogniw TPV, znaczenie ma wielkość pola powierzchni w stosunku do objętości. Trzeba, wiec podkreślić, iż opracowane urządzenie miało pole powierzchni równe zaledwie jednemu centymetrowi kwadratowemu.

Prace inżynierów skupiają się obecnie nad opracowaniem układu o 100 razy większej powierzchni, a którego efektywność wynieść może według obliczeń około 20%. Według badaczy, w przyszłości ogniwa TPV mogą osiągnąć nawet 80-procentową skuteczność. Za ich rozpowszechnieniem stoją również zwartość budowy oraz łatwość ewentualnej produkcji masowej.

(rr)