PETE - przełomowe ogniwa słoneczne

Amerykańscy uczeni opracowali metodę na jednoczesne wykorzystanie światła i ciepła słonecznego i nazwali swoją technologię "termojoniczną emisją wspomaganą fotonami" (PETE - photon enhaced thermoionic emission). Wydajność obecnie stosowanych ogniw fotowoltaicznych spada, gdy rośnie temperatura. W PETE wraz ze wzrostem temperatury rośnie i wydajność.

To naprawdę przełom. To nowy proces konwersji energii, a nie po prostu nowy materiał czy nieco zmieniona budowa - mówi szef grupy badawczej, profesor Nick Melosh. Wyzwaniem było udowodnienie, że nasz pomysł działa. Pokazaliśmy jednak, że fizyczny mechanizm stojący u jego podstaw, naprawdę istnieje. I że wszystko odbywa się tak, jak obiecywaliśmy - dodaje.

Obecnie mniej niż 50 proc. energii docierającej do ogniw fotowoltaicznych jest przechwytywana. Reszta zostaje zmarnowana w postaci ciepła. Dotychczas nie potrafiono go wykorzystać. Co gorsza, im na zewnątrz było cieplej, tym mniej energii przechwytywały ogniwa.

Melosh i jego współpracownicy doszli do wniosku, że wystarczy pokryć krzem - wykorzystywany do budowy ogniw - cienką warstwą cezu, by móc wykorzystać zarówno światło jak i ciepło. Pokazaliśmy nowy fizyczny proces, który nie opiera się na standardowym mechanizmie fotowoltaicznym, ale prowadzi do pojawienia się podobnej do fotowoltaicznej odpowiedzi w bardzo wysokich temperaturach. Prawdę mówiąc, im jest cieplej, tym lepiej to działa - mówi Melosh.

Obecnie większość ogniw po rozgrzaniu się do temperatury 100 stopni Celsjusza przestaje pracować. Ogniwa Melosha osiągają szczyt swoich możliwości w ponad 200 stopniach. PETE działa więc najlepiej tam, gdzie temperatury znacznie przekraczają te, na które wystawione są panele na dachu domu. Dlatego też najlepiej sprawdzą się w dużych instalacjach, w których używane są paraboliczne koncentratory. Tam temperatury dochodzą do 800 stopni Celsjusza.

Twórcy PETE uważają, że najbardziej efektywnym rozwiązaniem będzie w tym przypadku budowa systemów hybrydowych. Z samego PETE uzyskamy bowiem w przypadku zastosowania koncentratorów do 50 proc. wydajności. Jeśli jednak wspomożemy go dodatkowym systemem konwersji ciepła w energię elektryczną, wydajność wzrośnie do 55-60 proc. To niemal trzykrotnie więcej niż uzyskujemy obecnie.

Z obliczeń wynika, że po zastosowaniu odpowiedniego materiału półprzewodnikowego - najprawdopodobniej arsenku galu (podczas prób laboratoryjnych wykorzystano mniej wydajny azotek galu), z PETE uda się wycisnąć maksimum możliwości. Dodatkową zaletą tej technologii jest fakt, że dzięki zastosowaniu koncetratorów i dużej wydajności pojedynczego ogniwa, można znacząco zmniejszyć powierzchnię ogniw, czyli zaoszczędzić na kosztach ich budowy czy zakupu ziemi.

Nawet jeśli nie osiągniemy najwyższej teoretycznej wydajności, powiedzmy, że uda nam się zwiększyć wydajność z obecnych 20 do 30 procent, to i tak jest to o 50 proc. więcej, niż to, co jesteśmy w stanie obecnie osiągnąć - zauważa Melosh. A taki wzrost oznacza, że energia słoneczna może stać się konkurencyjna cenowo wobec energii z ropy naftowej.

Mariusz Błoński