Η πράσινη επανάσταση απαιτεί και νέες επαναστατικές τεχνολογίες. Η παραγωγή ενέργειας έχει ένα μεγάλο και διακαή πόθο: την αξιοποίηση της πλέον ανεξάντλητης και άφθονης πηγής ενέργειας του πλανήτη μας, δηλαδή του Ήλιου. Η ιδέα, όμως, είναι πολύ πιο αισιόδοξη από την πραγματικότητα – και πολλοί επιστήμονες και ερευνητές σε όλο τον κόσμο δουλεύουν σε συστήματα καλύτερης αξιοποίησης της ηλιακής ακτινοβολίας. Μια νέα τεχνολογία υπόσχεται ακριβώς αυτό!
Η ακτινοβολία που εκπέμπει ο Ήλιος υπολογίζεται περίπου στα 1000 Watt ανά τετραγωνικό μέτρο, στο επίπεδο της θάλασσας, το μεσημέρι, χωρίς σύννεφα. Δυστυχώς, η μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρισμό, όμως, δεν είναι απλή υπόθεση. Τα φωτοβολταϊκά πάνελ λειτουργούν με βάση την κβαντομηχανική και μετατρέπουν τα φωτόνια που έρχονται από τον Ήλιο σε ηλεκτρισμό. Όμως, οι αρχές της Φυσικής βάζουν όρια, μιας και η ηλιακή ακτινοβολία δεν έρχεται σε ένα και μόνο μήκος κύματος αλλά εκτείνεται σε ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Τα φωτοβολταϊκά κελιά που βασίζονται σε μια επαφή p-n, όπως προσδιορίστηκε στο θεμελιώδες paper των Shockley και Queisser του 1961, έχουν μέγιστη θεωρητική αποδοτικότητα μόλις 33,16% (στην πράξη περί το 20%), κάτι που βάζει φρένο στα όνειρα για “ανεξάντλητη ηλιακή ενέργεια”. Οι ερευνητές, όμως, έχουν και άλλες ιδέες!
Η πιο βασική από αυτές εντοπίζεται στην λεπτομέρεια “τα φωτοβολταϊκά κελιά που βασίζονται σε μία επαφή p-n”. Γιατί μία; Διότι υπάρχει και άλλο όριο, το οποίο αφορά μια θεωρητική στοίβα άπειρων κελιών. Όταν η ακτινοβολία προέρχεται από μία πηγή στον ουρανό, στο μέγεθος του Ήλιου, το όριο της αποδοτικότητας μπορεί να φτάσει μόνο έως το 68,7%. Παράλληλα, οι απώλειες όταν βάζουμε περισσότερα φωτοβολταϊκά κελιά σε στοίβα είναι σημαντικές στην πράξη, ενώ η δυσκολία στην κατασκευή τους είναι σημαντική – κάτι που αυξάνει δυσανάλογα το κόστος. Τελικά, οι σημερινές τεχνολογίες μας επιτρέπουν να “παίξουμε” μέσα σε αυτές τις τιμές αποδοτικότητας, ενώ η διαθέσιμη ενέργεια μειώνεται ακόμη περισσότερο αν συνυπολογίσουμε τα σύννεφα, την ατμοσφαιρική μόλυνση, το γεωγραφικό πλάτος, την ανάκλαση, αλλά και το γεγονός πως ο πλανήτης μας περιστρέφεται (άρα υπάρχει και νύχτα).
Οι ερευνητές του ερευνητικού κέντρου της Oxford PV, το οποίο δεν βρίσκεται στην Οξφόρδη αλλά στο Βρανδεμβούργο της Γερμανίας, οραματίζονται την παραγωγή άφθονης και φθηνής ενέργειας μέσα από τον συνδυασμό των παραδοσιακών φωτοβολταϊκών κελιών πυριτίου και των κελιών κατασκευασμένων από περοβσκίτη, ένα επαναστατικό νέο υλικό (CaTiO3 – οξείδιο ασβεστίου – τιτανίου). Ο περοβσκίτης είναι το νέο θαυματουργό υλικό στον τομέα των φωτοβολταϊκών και έχει ακόμη τεράστια περιθώρια εξέλιξης. Η Oxford PV έχει ξεκινήσει την κατασκευή συνδυαστικών φωτοβολταϊκών, τα οποία έρχονται με ένα τυπικό κελί πυριτίου με τυπική απόδοση 20-22% στο κάτω μέρος, ενώ από πάνω κατασκευάζεται ένα κελί περοβσκίτη, το οποίο ενισχύει την απόδοση του κελιού πυριτίου κατά τουλάχιστον 20% στο ίδιο μέγεθος, εκτοξεύοντας την αποδοτικότητα. Η Oxford PV αναφέρει ένα κελί μεγέθους 166×166 χιλιοστών με αποδοτικότητα που μπορεί να ξεπεράσει το 30%, φέρνοντας μια μικρή επανάσταση στα φωτοβολταϊκά!
Τα φωτοβολταϊκά είναι ένα πολύ σημαντικό κομμάτι του παζλ της πράσινης ενεργειακής μετάβασης, καθώς μπορεί να καλύψει περιοχές οι οποίες δεν είναι προσβάσιμες από άλλες μεθόδους. Για παράδειγμα, η αιολική ενέργεια δεν συνδυάζεται με το αστικό περιβάλλον, ενώ τα ηλιακά πάνελ μπορούν άνετα να παράξουν ενέργεια από στέγες και μπαλκόνια (*), μέρη στα οποία η ηλιακή ακτινοβολία είναι ανεκμετάλλευτη. Η ενέργεια που μας παρέχει ο Ήλιος είναι άφθονη, αρκεί να την εκμεταλλευτούμε!
Πρέπει να έχετε συνδεθεί για να σχολιάσετε.