Tým vědců z amerického institutu Massachusetts Institute of Technology (MIT) přišel s technologií solárního článku, která je schopna překonat teoretický limit účinnosti 32 % pro jednovrstvé křemíkové články. Při kombinaci s akumulací tepla by podle vědců tento systém navíc mohl produkovat elektrickou energii nepřetržitě.

Nová metoda by teoreticky mohla až zdvojnásobit stanovené hranice účinnosti přeměny světelného záření na elektřinu. Objev byl ohlášen na konci května v časopise Nature Energy a stojí za ním doktorand David Bierman, profesoři Evelyn Wang a Marin Soljačić a čtyři další členové z MIT.

Jak na překonání teoretického limitu?

Již v roce 1961 byl stanoven teoretický limit, známý jako Shockleyův-Queisserův limit, který udává, s jakou nejvyšší možnou účinností jsou fotovoltaické články schopny přeměňovat dopadající sluneční záření na elektrickou energii. Pro jednovrstvé křemíkové články je tato hranice okolo 32 %.

V současné době jsou studovány metody, jak tuto hranici překonat. Jedním ze způsobů je využití vícevrstvých článků, kdy každá z vrstev reaguje na záření s odlišnou vlnovou délkou. Do praxe tuto technologii zavedla například společnost Panasonic, která u své HIT technologie uvádí oproti běžným 260W polykrystalickým panelům až o 27 % vyšší nominální výkon při zachování stejné plochy.

Za vším stojí nanofotovoltaické krystaly

Technologie STPV (solar thermophotovoltaics), se kterou přišli výzkumní pracovní z MIT, je ovšem zcela odlišná. Je založena na kombinaci fotovoltaických článků s materiálem schopným absorbovat odpadní teplo, které články při ozáření produkují, a to následně přeměnit na světelné záření s ideální vlnovou délkou. Klíčem jsou tzv. nanofotonické krystaly, které po zahřátí emitují světelné záření požadované vlnové délky, které odpovídá vlnové délce, při které fotovoltaické články pracují s maximální účinností.

Vysoká účinnost není hlavní předností

V provozu by tento systém využíval běžného solárního koncentračního systému s čočkami nebo zrcadly soustřeďujícími sluneční záření k dosažení vysoké teploty. Přídavný komponent, optický filtr, by následně propouštěl k fotovoltaickým článkům záření s požadovanými vlnovými délkami, zatímco by odrážel zbytek spektra. Odražené záření by následně bylo absorbováno, což by umožnilo uchovat teplotu fotonického krystalu.

Concentrated_Solar_Plant
Koncentreční solární elektrárny využívají soustředění slunečního záření pro zvýšení teploty.

Podle Biermana by takový systém mohl nabízet několik výhod oproti konvenčním fotovoltaickým elektrárnám. Zaprvé, jelikož záření emitované fotonickými krystaly závisí na teplotě namísto samotného světelného záření, znamená, že systém by nebyl ovlivněn náhlými změnami jako zakrytím slunce mraky. Pokud by byl navíc systém zkombinovaný se systémem pro akumulaci tepla, mohl by v podstatě poskytovat nepřerušovanou dodávku elektrické energie.

Aby bylo dokázáno, že metoda funguje, provedl  tým testy za využití fotovoltaických článků s technologií STPV nejprve na přímém slunečním světle, a následně při zcela zakrytém slunci tak, že docházelo pouze k sekundární emisi světla z fotonického krystalu. Výsledky ukázaly, že skutečný provoz odpovídal předpokládanému zlepšení oproti klasickým fotovoltaickým článkům.

„Ukázali jsme, že i s naší neoptimalizovanou geometrií bychom ve skutečnosti mohli překonat Shockleyův-Queisserův limit,“ řekl Bierdman o demonstrační rané fázi projektu.

Úvodní fotografie: MIT

Komentáře

0 komentářů ke článku "undefined"

Přidat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *