Panele słoneczne mogą produkować prąd w nocy

Panele słoneczne, które w nocy dostarczają prąd? To możliwe. Skonstruowali je inżynierowie z amerykańskiego Uniwersytetu Stanforda, o czym donoszą w "Applied Physics Letters".

Nie jest to wysokie napięcie - ale takie panele mogą w nocy naładować telefon albo zasilać oświetlenie diodowe. Może to być bardzo przydatne rozwiązanie wszędzie tam, gdzie nie ma dostępu do sieci elektrycznej.

Odpowiednio zmodyfikowane panele fotowoltaiczne wykorzystują zjawisko termoelektryczne. Polega ono na tym, że niektóre materiały wytwarzają różnicę napięć, jeśli po jednej stronie są chłodne, po drugiej cieplejsze. Jak tłumaczy pomysłodawca, Shanhui Fan, w nocy wierzch sprawnie oddaje ciepło do atmosfery (częściowo także poza nią, w przestrzeń kosmiczną) i staje się chłodniejszy od otoczenia. Dolna strona jest cieplejsza, bo nagrzana ziemia i warstwa powietrza nad nią nie pochłaniają tak dobrze energii cieplnej. Tę różnicę temperatur zaprzęgnięto do produkcji prądu.

Takie zmodyfikowane panele słoneczne, jak piszą badacze, mogą w nocy dostarczyć 50 miliwatów na metr kwadratowy. To zaledwie 0,04 proc. tego, co mogą wytworzyć w dzień. Ale wystarcza, by naładować telefon lub zasilić oświetlenie diodowe. Zaletą tego rozwiązania jest możliwość stosowania go na większą skalę i potencjał szybkiej komercjalizacji. Nie należy jednak się spodziewać, że zastąpi magazynowanie energii w bateriach.

Zjawisko termoelektryczne przebiegające w odwrotną stronę - gdy po przyłożeniu napięcia jedna strona materiału nagrzewa się, a druga staje chłodniejsza, jest wykorzystywane powszechnie na przykład w lodówkach turystycznych. Znalazło też zastosowanie w precyzyjnych miernikach temperatury.

Skoro w nocy nagrzana ziemia emituje promieniowanie podczerwone, dlaczego nie powstały panele, które przetwarzają je na prąd? Fotony promieniowania podczerwonego mają za niską energię, by wytrącić elektron z orbity wokół jądra. Nie udałoby się to nawet w przypadku cezu, metalu o najniższej energii jonizacji, potrzebnej by wytrącić elektron. Wynosi ona 427 meV (milielektronowoltów), fotony promieniowania podczerwonego niosą maksymalnie 124 meV.

Teoretycznie promieniowanie podczerwone można by bezpośrednio przetworzyć w prąd za pomocą anteny prostowniczej. Tu jednak pojawia się inny problem - długość anteny musi odpowiadać długości fali. Anteny odbierające podczerwień musiałyby być mikroskopijne. Nie jest wykluczone, że nanotechnolgia pozwoli takie skonstruować w przyszłości, istnieją już bowiem anteny prostownicze przetwarzające światło widzialne w elektryczność. Panele pokryte antenami przetwarzającymi podczerwień mogłyby w nocy dostarczyć nawet 15 proc. mocy, którą produkują w dzień, szacują fizycy.