Irány az űr – Új technológiák a napelemgyártásban

Folyékony napelem?

Régóta folyik már a kutatás a „folyékony” napelemekkel kapcsolatban és egy koreai kutatócsoport most eredményeket is jelentett be.  Eddig komoly problémát jelentett, hogy a felkenhető napelemcellák túl kicsik voltak, így a mindennapi életben nem lehetett megfelelően hasznosítani, mert ahogy a kutatók növelték a cellák nagyságát, úgy csökkent azok hatékonysága. He Dzsung Szon és csapata azonban megtalálta a megoldást, egy, a laboratóriumokban már használt módszert alkalmazva sikerült felgyorsítaniuk a párolgást, így pedig már viszonylag nagy méretű szerves cellákat tudtak létrehozni, melyek 30%-kal hatékonyabbak a piacon megvásárolható napelemeknél. A kutatók szerint elért eredményeik jelentősen hozzájárulnak az új generációs cellák hatékonyságának növeléséhez. 

És hogy mi a jelentősége a folyékony napelemnek? Ezzel a technológiával már elképzelhető, hogy egy napon bizonyos felületekre (pl: háztető, házfal, autók) hozunk létre napelemes rendszereket. Ez könnyen kivitelezhető, környezetbarát, és kisebb platformokon is egyszerűen alkalmazható, ráadásul a karbantartásra sem kell különösebb energiát fordítani.

A láthatatlan napsugarak

Köztudott, hogy a hagyományos napelemek egyik hátránya, hogy főleg erősen napos időben termelnek hatékonyan. Ezt a problémát orvosolhatja Carvey Ehren Maigue Fülöp-szigeteki mérnök, aki olyan innovatív módszert dolgozott ki, mellyel a láthatatlan napsugarakat, azaz a szabad szemmel nem látható UV-sugárzást is hasznosíthatják a panelek.

Az AuREUS nevű fejlesztésében foszforeszkáló szerves részecskéket alkalmazott, ezek képesek az UV-sugárzást elnyelni, majd látható fénnyé alakítani. A rendszerben egy napelemes réteg is megtalálható, amely a fényből energiát hoz létre. Maigue a foszforeszkáló anyagokat növényi hulladékból állította elő, a részecskéket gyantával keverte el, és egy napelemes rétegre vitte fel. Egy nagyjából 0,9-szer 0,6 méteres, üveglapra emlékeztető, hajlékony, átlátszó, zöld prototípust hozott létre, amely egy nap alatt elegendő energiát termel két telefon számára. Maigue szerint a méretek növelésével egy egész épület energiaigénye is fedezhető.

A felhők fölött mindig süt a Nap – ahogy az űrben is

Elsőre talán elképesztő science fiction-nek tűnik, de ma már komoly kísérletek zajlanak arra nézve, hogy hogyan tudnánk az űrben gyűjteni napenergiát. Valójában már 1920-ban megszületett ennek az elméleti alapja, Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij, a modern rakétatudomány egyik atyja alkotta meg.

A világűrben, a Föld körül keringő naperőművek két problémát is megoldanának: a folyamatosan a Nap felé forduló napelemek 0-24-ben képesek lennének az energiatermelésre, ráadásul a Föld légköre sem akadályozná a hatékonyságot.

Az Európai Űrügynökség nemrég indított egy programot ezeknek a technológiáknak a fejlesztésére, amelynek keretében minden olyan ötletet várnak, ami előmozdíthatja a Föld körül keringő naperőművek megvalósítását. Ha a program sikeres lesz, az valódi áttörést jelenthet a fejlesztésben, hiszen az űrbéli naperőműnek ma még több olyan eleme is van, amire inkább csak elméletek vannak, hogy hogyan is kéne működnie.

Az egyik megoldatlan probléma az, hogy hogyan lehetne egy ilyen hatalmas struktúrát Föld körüli pályára állítani. Ahhoz, hogy hatékony legyen, az űrnaperőmű mérete akár a tíz négyzetkilométert is elérhetné, így pedig rendkívül könnyű anyagokkal kell dolgozni, hiszen az egész projekt legdrágább része maga az eszköz pályára állítása lenne. Az egyik, széles körben támogatott javaslat szerint a naperőművet több ezer kisebb, napelemmel felszerelt műholdból kellene megalkotni, amelyek az űrben állnának össze egy nagy rendszerré. 2017-ben a Kaliforniai Műszaki Egyetem (Caltech) kutatói már kidolgoztak egy lehetséges megoldást ennek a megvalósítására, és egy olyan napelempanel prototípusát is megalkották, amelyből egy négyzetméter mindössze 280 grammot nyom, vagyis alig nehezebb, mint mondjuk egy okostelefon.

Hasonló technológiával kísérleteznek a Liverpooli Egyetem kutatói is, akik 3D-nyomtatással olyan hajlékony „napvitorlákat” igyekeznek előállítani, amelyek képesek energiává alakítani a napsugarakat, így űreszközök működtetésére ugyanúgy alkalmasak lehetnek, mint egy naperőmű megalkotására.

A másik komoly technológiai kihívás a naperőmű által begyűjtött energia visszajuttatása a Földre, hiszen az a mai technológiánál vezetékek segítségével történik, ami az űrben természetesen nem megoldható. Erre a problémára a tervek még csak körvonalazódnak,  a napelemekből nyert elektromosságot elektromágneses hullámokká, mikrohullámmá vagy lézerré alakítanák és így sugároznák le a földi antennáknak, amelyek aztán az elektromágneses energiát visszaalakítanák elektromossággá.

Mivel a megújuló energiák hasznosítása lehet a megoldás a jövő energiaellátására, ezért biztos, hogy már a közeljövőben is hatalmas fejlesztéseknek lehetünk majd szemtanúi – a Földön egészen biztosan, de akár a világűrben is.