Σπουδαία εφεύρεση: Ηλιακά πάνελ παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα 1.000 φορές πιο αποτελεσματικά
Νέα διαφανή ηλιακά πάνελ ανοίγουν τον δρόμο για καινοτόμες εφαρμογές σε κτίρια και συσκευές.
Η ηλιακή ενέργεια είναι η πιο καθαρή μορφή ενέργειας, αλλά η τεχνολογία που χρησιμοποιείται, ακόμα και σήμερα, δεν μπορεί να καλύψει τις ανάγκες του τεχνολογικού πολιτισμού. Τα συμβατικά ηλιακά πάνελ είναι ογκώδη, άκαμπτα και σχεδόν αδιαπέραστα από το φως. Αυτά τα χαρακτηριστικά περιορίζουν την εγκατάστασή τους σε οροφές και στην ύπαιθρο, ενώ η απόδοσή τους δεν είναι ιδιαίτερα υψηλή.
Ωστόσο, όπως αναφέρεται στο Scientific Reports, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Τοχόκου (Ιαπωνία) ανέπτυξαν έναν εντελώς νέο τύπο πάνελ που μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο αξιοποιείται η ηλιακή ενέργεια. Πρόκειται για ένα διαφανές υλικό, από το οποίο μπορούν να κατασκευαστούν πάνελ για εγκατάσταση σε παράθυρα κτιρίων, αυτοκίνητα, ακόμα και σε ρούχα. Κάποια από αυτά τα πάνελ είναι τόσο διαφανή -πάνω από 70%- που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε αγροτικές εκτάσεις χωρίς να φαίνονται.
Νέα υλικά, νέα πάνελ
Τα νέα πάνελ οφείλουν την ύπαρξή τους σε νέα δισδιάστατα υλικά που έχουν πάχος μόλις μερικά άτομα. Τα διχαλκογονίδια μετάλλων, όπως είναι το όνομά τους, απορροφούν το ηλιακό φως πολύ πιο αποτελεσματικά και, μάλιστα, μπορούν, αν ρυθμιστούν, να απορροφήσουν συγκεκριμένες συχνότητες του φωτός.
Όπως διαβάζουμε στο The Brighter Side News, για την κατασκευή τους χρησιμοποιείται δισουλφίδιο του βολφραμίου σε συνδυασμό με έναν διάφανο αγωγό του ηλεκτρισμού, όπως είναι το οξείδιο του κασσιτέρου. Το τελευταίο χρησιμοποιείται κατά κόρον σε ηλιακά συστήματα και οθόνες ηλεκτρονικών συσκευών.
Συνδυάζοντας αυτά τα δύο υλικά, οι ερευνητές βρήκαν τρόπους να βελτιστοποιήσουν την απορρόφηση ενέργειας χωρίς να εμποδίζουν τη διέλευση του φωτός. Το νέο υλικό είναι λεπτό, πιο ελαφρύ και πιο εύπλαστο και μπορεί να μετατρέψει το φως του περιβάλλοντος σε ηλεκτρισμό. Για τη βελτίωση των ιδιοτήτων του υλικού, χρησιμοποιήθηκαν επιστρώσεις από χαλκό και οξείδιο του βολφραμίου, οι οποίες ενισχύουν την απόδοση της μετατροπής.
Σύμφωνα με τους μελετητές, η απόδοση ήταν 1.000 φορές μεγαλύτερη από αυτή των συμβατικών ηλεκτροδίων του ινδίου και του κασσιτέρου. Η ισχύς ανήλθε στα 13 milliwatts ανά τετραγωνικό εκατοστό, περίπου όσο και τα αδιαφανή συστήματα.
Ένα από τα προβλήματα που έπρεπε να λύσουν οι επιστήμονες ήταν η πτώση τάσης που παρατηρείται σε μεγάλες επιφάνειες. Οι ερευνητές το αντιμετώπισαν αλλάζοντας την αναλογία διαστάσεων των μεμονωμένων συσκευών (κελιών), διασφαλίζοντας έτσι σταθερή απόδοση σε μεγαλύτερες επιφάνειες.
Οι εφαρμογές των νέων ηλιακών πάνελ
Πού μπορούν να χρησιμοποιηθούν, όμως, αυτά τα πάνελ; Η προφανής εφαρμογή είναι στην αρχιτεκτονική σε κατασκευές με μεγάλες γυάλινες επιφάνειες, όπως είναι οι ουρανοξύστες. Θεωρητικά, τέτοια κτίρια μπορούν να λειτουργούν ως εργοστάσια παραγωγής ενέργειας, καλύπτοντας τις ανάγκες τόσο των ίδιων όσο και άλλων κτιρίων.
Παράλληλα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στις γυάλινες επιφάνειες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, ώστε να γίνεται αυτόματα η φόρτιση των μπαταριών. Τέλος, δεν αποκλείεται να αξιοποιηθούν σε ηλεκτρονικές συσκευές, όπως τα έξυπνα τηλέφωνα και τα wearables (έξυπνα ρούχα), για άμεση φόρτιση από τον ήλιο.
Η πιο σημαντική, ωστόσο, εφαρμογή είναι η παραγωγή ηλιακής ενέργειας για οικιακή χρήση, κάτι που θα μειώσει σημαντικά την κατανάλωση ορυκτών καυσίμων. Η ηλιακή ενέργεια δεν παράγει αέρια του θερμοκηπίου, ενώ μεγάλα πάνελ μπορούν να εγκατασταθούν σε αγροτικές εκτάσεις χωρίς να εμποδίζουν την παραγωγή τροφίμων.
Ναι μεν, αλλά...
Προς το παρόν, οι ερευνητές αντιμετωπίζουν το πρόβλημα της μαζικής παραγωγής, καθώς απαιτούνται ακριβείς τεχνικές εναπόθεσης των υλικών, ενώ το κόστος των νέων πάνελ είναι πολύ υψηλότερο από το κόστος της σιλικόνης που χρησιμοποιείται στα συμβατικά. Παράλληλα, λόγω της λεπτής τους επιφάνειας, θα πρέπει να λυθεί και το πρόβλημα της αντοχής τους, ειδικά όταν εγκαθίστανται σε περιοχές με έντονα καιρικά φαινόμενα.
Τα ευρήματα αυτής της έρευνας σηματοδοτούν μια αλλαγή στην τεχνολογία των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Με τη συνεχή καινοτομία, οι σχεδόν αόρατοι ηλιακοί συλλέκτες θα μπορούσαν να αποτελέσουν το μέσο για έναν πιο πράσινο κόσμο.
