Beveik 2 k. daugiau elektros energijos iš saulės! „Supraball“ gali „nužudyti“ tradicinius saulės elementus ()
Raktas į šią saulės kolektorių problemą – mikroskopinės struktūros, pagamintos iš aukso.
© haniaipics (Free Pixabay license) | https://pixabay.com/illustrations/ai-generated-solar-panels-8886042/
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Fotovoltika dešimtmečius susiduria su esminiu apribojimu. Įprastos saulės baterijos sugeba panaudoti tik dalį Žemę pasiekiančio šviesos spektro, o didelė dalis spinduliuotės, ypač artimojo infraraudonojo diapazono, tiesiog prarandama. Tačiau Pietų Korėjos mokslininkai teigia radę būdą, kaip tai išspręsti, o tai gali reikšti realų žingsnį į priekį visai pramonės šakai.
Raktas į šią saulės kolektorių problemą – mikroskopinės struktūros, pagamintos iš aukso. Korėjos universiteto komanda sukūrė specialius rutuliukus, kurie, tyrėjų teigimu, sugeria beveik visą saulės spektrą, įskaitant iki šiol veltui švaistytas bangas. Pradiniai laboratoriniai bandymai rodo, kad jų išradimas gali beveik dvigubai padidinti energijos absorbcijos efektyvumą, palyginti su kai kuriais tradiciniais sprendimais.
Auksinių „superrutuliukų“ veikimas. Esmė slypi hierarchinėje struktūroje
Struktūros, kurias mokslininkai pavadino „supraballs“ (superrutuliukais), yra maždaug 2100 nanometrų skersmens – tai yra apie penkiasdešimt kartų plonesnės už vidutinį žmogaus plauką. Jų išskirtinumas slypi specifinėje sandaroje: kiekvienas toks didesnis rutuliukas susideda iš šimtų mažesnių aukso nanodalelių, kurios savaime jungiasi į tvarkingas, hierarchines formas. Tokia specifinė architektūra suteikia jiems unikalių optinių savybių. Tiesa, aukso ar sidabro nanodalelės kaip priedas saulės kolektoriams buvo svarstomos ir anksčiau, tad tai nėra visiškai nauja idėja, tačiau iki šiol pagrindinis jų trūkumas buvo siaura absorbcijos specifika, apsiribojanti daugiausia matoma šviesa. Naujieji „superrutuliukai“ turi pranašumą – jie gali efektyviai pagauti ir artimojo infraraudonojo diapazono šviesą, kuri sudaro didelę dalį mūsų planetos paviršių pasiekiančios saulės energijos.
|
Tyrėjai (Jaewon Lee, Seungwoo Lee ir Kyung Hun Rho) taip sureguliavo savo rutuliukų skersmenį, kad būtų maksimaliai išnaudoti konkretūs saulės šviesoje esantys bangų ilgiai. Kompiuterinės simuliacijos rodė galimybę sugerti daugiau nei 90 % krentančios spinduliuotės, tačiau teorija turėjo susidurti su praktika.
Praktiniai rezultatai: beveik 90 % absorbcija bandymų metu
Siekdami patikrinti realų technologijos potencialą, mokslininkai auksinių „superrutuliukų“ sluoksniu padengė rinkoje prieinamą termoelektrinį generatorių – įrenginį, paverčiantį šviesos energiją į elektrą. Visa sistema buvo paveikta saulės simuliatoriumi, o rezultatas pasirodė labai žadantis. Nanorutuliukais padengtas generatorius pasiekė vidutinę, maždaug 89 % absorbciją, o tai beveik idealiai atitiko ankstesnes prognozes. Palyginimui, tradicinis sluoksnis iš pavienių aukso nanodalelių sugėrė tik 45 % energijos. Skirtumas yra akivaizdus ir svarbus praktinio efektyvumo požiūriu.
Atsinaujinančios energijos pasaulyje net ir nedidelis našumo padidėjimas turi ekonominę reikšmę, o čia kalbame apie šuolį, kuris galėtų realiai paveikti įrenginių atsiperkamumą. Ne mažiau svarbu ir tai, kad šios dangos gamybos procesas yra stebėtinai paprastas. Jį sudaro skysto tirpalo su nanodalelėmis užtepimas ant paviršiaus ir palikimas išdžiūti standartinėmis kambario sąlygomis. Visam procesui nereikia sudėtingos ir brangios gamybos infrastruktūros, o tai yra didžiulis pranašumas prieš daugelį kitų pažangių fotovoltinių medžiagų.
Nors auksas kaip žaliava asocijuojasi su didelėmis sąnaudomis, nanometriniu mastu jo kiekiai yra minimalūs, o visas procesas (kaip tikina kūrėjai) išlieka ekonomiškai pagrįstas.
„Galiausiai ši dengimo technologija galėtų gerokai sumažinti barjerą aukšto efektyvumo saulės-terminėms ir fototerminėms sistemoms realiuose energetikos taikymuose“, – teigia Seungwoo Lee iš Korėjos universiteto.
Darbai buvo finansuojami Pietų Korėjos nacionalinio tyrimų fondo (NRF), Korėjos mokslo ir technologijų instituto (KIST), Korėjos ir JAV bendradarbiavimo tyrimų fondo bei Korėjos universiteto, o jų rezultatai paskelbti žurnale „ACS Applied Materials & Interfaces“.
Ar „superrutuliukai“ atsiras įprastose fotovoltinėse panelėse?
Išlieka esminis klausimas dėl galimo įdiegimo masto ir laiko. Laboratoriniai rezultatai neabejotinai įspūdingi, tačiau tradiciškai kelias nuo mažo prototipo iki masinės gamybos ir komercinio pritaikymo saulės kolektoriuose paprastai yra ilgas ir kupinas iššūkių. Reikės patikrinti tokių dangų patvarumą įvairiomis oro sąlygomis, sukurti pramoninius procesus ir įrodyti, kad visuma išliks pelninga didelėse instaliacijose. Jei šias kliūtis pavyks įveikti, Pietų Korėjos technologija gali tapti vienu iš tų elementų, kurie palaipsniui gerina visos fotovoltikos ekonomiką, paversdami ją dar stipresne konkurente konvenciniams energijos šaltiniams. Nors tai vis dar labiau evoliucija nei revoliucija, energetikoje kiekvienas žingsnis teisinga linkme turi reikšmę.
.png)
.png)
