Panourile solare sunt în jur de ceva vreme, dar materialele din care sunt făcute le fac incapabile să transforme mai mult de aproape un sfert din energia soarelui în energie electrică utilizabilă. Conform calculelor MIT, o casă medie din Arizona însorită are încă nevoie de aproximativ 574 de metri pătrați de panouri solare (presupunând aproximativ 15% eficiență) pentru a satisface nevoile sale energetice zilnice. În Vermont rece și iernit gri, aceeași casă ar avea nevoie de 861 de metri pătrați. Este o mulțime de panouri.
De aceea, cercetătorii MIT au experimentat un proces complet nou pentru convertirea luminii solare - unul care profită de temperaturi extrem de ridicate pentru a crește eficiența. Dacă funcționează la scară largă, am putea vedea panouri solare mai eficiente în anii următori, care ar putea schimba jocul pentru energia solară.
„Cu cercetarea noastră, încercăm să abordăm limitările fundamentale ale conversiei energiei fotovoltaice”, spune David Bierman, unul dintre cercetătorii care conduc proiectul.
Tehnologia transformă lumina solară în căldură, apoi transformă căldura în lumină. Procedeul folosește un concentrator ușor de feluri numite „absorbant-emițător”, cu un strat absorbant de nanotuburi solide de carbon negru care transformă lumina solară în căldură. Când temperaturile ating 1.000 de grade Celsius sau cam așa (la fel de fierbinte ca lava de la mulți vulcani, doar pentru a vă face o idee), un strat emisor, realizat din cristal fotonic, trimite energia înapoi ca un fel de lumină pe care o poate folosi celula solară.
Un filtru optic reflectă toate particulele de lumină care nu pot fi utilizate, un proces numit „reciclarea fotonilor”. Aceasta crește eficiența dramatic, ceea ce face ca celulele să fie de două ori mai eficiente decât standardul actual.
În mod corespunzător, tehnologia este poreclită „celule solare fierbinți.” Celulele au fost recent numite una dintre cele 10 reviste ale tehnologiei MIT „10 tehnologii avansate din 2017”. Redactorii publicației au întocmit această listă anual din 2002. În acest an, tehnologiile, de la implanturi cerebrale la autocamioane cu autovehicule până la aparate foto capabile să ia selfie-uri la 360 de grade, „vor afecta economia și politica noastră, vor îmbunătăți medicamentele sau vor influența cultura noastră”, potrivit MIT Technology Review . "Unii se derulează acum; alții vor avea nevoie de un deceniu sau mai mult pentru a se dezvolta", spun editorii. „Dar ar trebui să știți despre toate acum.”
Nanotuburile negre de carbon alcătuiesc stratul absorbant-emițător al panoului. (MIT) Tehnologia este superioară celulelor solare standard la un nivel foarte de bază. Materialul semiconductor al celulelor standard, care este aproape întotdeauna siliciu, captează în general doar lumina de la violet la spectrul roșu. Aceasta înseamnă că restul spectrului luminii solare este pierdut. Din cauza acestei probleme fundamentale, celulele solare pot transforma doar aproximativ o treime din energia solară în energie electrică. Această graniță superioară, eficiența teoretică maximă a unei celule solare, se numește limita Shockley-Queisser. Panourile solare realizate pentru uz casnic se transformă în general cu mult mai puțin decât limita Shockley-Queisser, deoarece cele mai eficiente materiale sunt încă extrem de costisitoare. Dar cu celulele solare fierbinți, această limită, în vigoare de mai bine de 50 de ani, ar putea fi istorie.
În acest moment, cercetătorii au doar un prototip. Ar putea trece un deceniu sau mai mult înainte de a vedea aceste celule solare fierbinți pe piață. În acest moment, materialele sunt atât de scumpe încât ar fi dificil să transformăm celulele în panouri de dimensiunile necesare pentru utilizarea comercială.
„Va trebui să rezolvăm o serie întreagă de probleme legate de extinderea dispozitivului pentru a genera de fapt puteri care sunt soluții utile pentru oameni și problemele lor”, spune Bierman.
Bierman și colegii săi din proiect, Andrej Lenert, Ivan Celanovic, Marin Soljacic, Walker Chan și Evelyn N. Wang, sunt optimiști că pot depăși aceste limite. De asemenea, speră să-și dea seama cum să păstreze căldură suplimentară pentru utilizarea ulterioară. Asta ar putea însemna energie curată în cele mai înnorate zile de iarnă. Chiar și în Vermont.
