• Eesti Füüsika Selts
    • Eesti Füüsika Selts
    • Eesti füüsikapäevad ja füüsikaõpetajate päevad
      • 2017.a. füüsikapäevad
      • 2016.a. füüsikapäevad
      • 2015. a. füüsikapäevad
      • 2003.a. füüsikaõpetajate päev
    • EFS Täppisteaduste Suve- ja Sügiskoolid
      • 2017.a. sügiskool
      • 2016.a. sügiskool
      • 2015.a. sügiskool
      • 2014.a. sügiskool
      • 2013.a. suvekool
      • 2013.a. sügiskool
      • 2012.a. suvekool
      • 2012.a. sügiskool
      • 2011. a. suvekool
      • 2010. a. suvekool
      • 2010.a. sügiskool
      • 2009.a. sügiskool
      • 2008.a. suvekool
      • 2008.a. sügiskool
      • 2007. a. suvekool
      • 2007.a. sügiskool
      • 2006.a. suvekool
      • 2005.a. suvekool
      • 2005.a. sügiskool
      • 2004.a. suvekool
      • 2004.a. sügiskool
    • Füüsika õpetajate sügisseminarid Voorel
      • Voore 2017
      • Voore 2015
      • Voore 2011
      • Voore 2009
    • EFS aastaraamatud
    • Teadusbuss
    • Teaduslaagrid
    • FKB õpikojad
    • Akadeemiline füüsikaolümpiaad
    • Tähe perepäevad TÄPE

FYYSIKA.EE

Elu, loodus, teadus ja tehnoloogia

  • Arvamus ja Inimesed
    • Arvamus
    • Persoon
  • Eestist endast
    • Teated
  • Teadusuudised
    • Eesti teadusuudised
      • Tartu Ülikool
      • KBFI
      • Tallinna Tehnikaülikool
      • Tõravere Observatoorium
    • FYYSIKA.EE hoiab silma peal – Teemad
    • Referaadinurgake
    • Päevapilt
  • RSS teletaip
    • RSS Füüsikaharidus
    • RSS Kosmos
    • RSS Teadus
    • RSS Arvamus
    • RSS Tehnoloogia
  • Füüsika koolis
    • Füüsikaõpetajate võrgustik
    • TÜ koolifüüsika keskus
    • EFS füüsikaõpetajate osakond
    • Eesti füüsikaolümpiaadid
    • Videod ja simulatsioonid
    • Füüsika e-õpikud
    • Lahedad projektid
  • Kontakt

Paindlik päikeseenergia on teel

15.04.2010 by Stiina Kristal Leave a Comment

Õige pea tootmisliinidele jõudvad kleebitavad päikeseelemendid võivad tuua suuri muutusi päikesevalgusest energia ammutamise ärisse.

Päikesevalgusest ammutatud energia: helge tulevikulootus või petlik ootus? Päikeseenergiale leidub nii mitmeidki halvustajaid, kes pigem viimast arvaksid. Fotoelemendid on liiga kallid, nende valmistamiseks kulub suurel hulgal materjali ja energiat, ütlevad nad. Lisaks on need ka ebaefektiivsed, muutes vaid ligi 20 protsenti pealelangevast valgusest kasutatavaks elektrienergiaks.

Päikeseelementide uus tehnoloogia pole enam kaugel...(Pilt: John Rogers ja Darren Stevenson)

Päikeseelementide uus tehnoloogia pole enam kaugel...(Pilt: John Rogers ja Darren Stevenson)

Seega on skeptikute arvates päikesepatareidel tulevikus väike, ebaproportsionaalselt kulukas osa meie energiaallikate segus. Parasvöötmelises kliimas, kus tihti on pilvine, näiteks suures osas Euroopas ning Põhja-Ameerikas, tähendaks fotoelementide abil elanikkonna energiatarbimisvajaduse rahuldamine maapinnast 5-15% suuruse osa katmist päikeseelementidega.

Seesugune kriitika võib olla tingitud päikesepatareide uuest generatsioonist, mis varsti tootmisliinidele jõuab. Olles õhukesed, painduvad ning mitmekülgsed, on nende valmistamiseks võrreldes traditsiooniliste fotoelement-seadmetega tarvis ülivähe materjali ning raha. Neist võiks saada just see kannustus, mida päikeseenergia vajab ning mis avaks uksed suurele hulgale uutele rakendustele: päikeseenergiaga laetavad mobiiltelefonid ja sülearvutid või ka õhukesed elektrigeneraatorid, mis oleksid hoonete kaardus pindadel või isegi akendel pea nähtamatud.

Fotogalvaanilised elemendid seavad taastuvenergia entusiastid tavaliselt ebameeldiva valiku ette. Kui märksõnadeks on odavus ning paindlikkus, tuleb ohverdada efektiivsus: parimad, amorfsetest räni- või orgaanilistest polümeeridest kiledest valmistatud painduvad päikesepatareid suudavad vaevalt 10 protsenti kiirgusest elektrienergiaks muuta. See muudab need aga kasutuskõlbmatuks kõigi vähe energiat tarbivate seadmete jaoks. Rohkemaks efektiivsuseks on tarvis kristallilist räni, mis neelab valgust vähem vabalt kui selle amorfne sugulane kuid neelab seda palju laiemal lainepikkuste skaalal. 20-protsendilise efektiivsusega päikesepatarei valmistamiseks on tarvis kristallilise räni pakse, kalleid plaate – selliseid, nagu võib näha tänapäeval hoonete katustel.

Fotogalvaanilised elemendid seavad taastuvenergia entusiastid tavaliselt ebameeldiva valiku ette: efektiivsus või paindlikkus

Päikeseelementide 3D disain, mis maksimeeriks võimaliku energiaks muundatava valguse hulga minimaalse materjalikasutuse korral, on esimeseks sammuks efektiivsuse suunas

Päikeseelementide 3D disain, mis maksimeeriks võimaliku energiaks muundatava valguse hulga minimaalse materjalikasutuse korral, on esimeseks sammuks efektiivsuse suunas

Efektiivsuse odavaks suurendamiseks tuleb mõelda laiemalt. Tavaliselt koosnevad päikesepatareid ühest lamedast valgustneelava pooljuhi kihist. Hetkel uuritav alternatiiv asendaks selle kihi vertikaalselt kasvatatud nanosuuruses pooljuht-juhtmete kilega. Valgus takerduks sellesse ‘nanopuid täis metsa,’ põrgates nende tüvide vahel. ,,See optimiseerib valguse neelduvust,” lausus Ali Javey, kes nende uute materjalide väljatöötamisega California Ülikoolis Berkeley’s tegeleb.

Ainuüksi neeldumisest ei piisa: valgus tuleb muuta laengukandjateks, näiteks elektronideks, mida saaks nanojuhtmetelt vooluvõrku ära juhtida. Siinkohal on tähtis nanojuhtmete sisemine kristalliline struktuur. Iga ebatäius moodustab ‘augu,’ kuhu elektronid sisse kukuvad, takistades seega nende liikumist ning piirates elemendi üldist efektiivsust. Tavapärastes päikeseelementides kasutatav räni on selliste defektide poolest eriti tuntud, mistõttu Javey ja kolleegid on katsetanud alternatiivset pooljuhtmaterjali – kaadmiumtelluriidi. Sellest materjalist valmistatud elemendid on materjalikulukuselt ökönoomsed, kuid sarnaselt amorfsetele ränielementidele muudavad vaid ligi 6 protsenti päikesekiirgusest tarbitavaks energiaks.

See madal protsent on osalt tingitud puudustest vertikaalses disainis: nanojuhtmete otsad katavad vaid mõne protsendi elemendi päikesepoolsest küljest, mistõttu suur osa elementi tabavast valgusest läheb neeldumata sellest läbi. Selle aasta veebruaris teatasid Harry Atwater ja kolleegid California Tehnikainstituudist Pasadenas selle probleemi lahenduse olemasolust. Nad kasutasid mikroskoopseid ränivardakesi, vaid veidi paksemaid kui Javey nanojuhtmed, ning valasid valgustpeegeldavatest nanoosakestest koosnevat polümeeri varrastevahelistesse tühimikesse. Polümeer hajutab neeldumata valguse tagasi varrastesse ning see koos hõbedast valmistatud peegeldava kihiga seadme põhjas lubab päikeseelemendil neelata kuni 85 protsenti pealelangevast valgusest. Siiski põhiliselt mikrovarraste struktuuri ebatäiustest tingitud kadudele on seadme efektiivsus alla 20 protsendi.

Millest siis selline kära, kui need seadmed pole varasematest efektiivsemad? Võti seisneb selles, et kuigi need elemendid on peaaegu sama efektiivsed kui tavapärased, kulub nende valmistamiseks vaid sajandik materjali. Lisaks on need väga painduvad: olles kasvatatud ränialusele, on mikrovarraste kihte võimalik ‘maha koorida’ ning kleepida pea igale pinnale. ,,Neid on võimalik hoonetele paigutada isegi nii, et need sobituvad katusekivide kujuga,” sõnas Atwater.

John Rogers koos kolleegidega Illinoisi Ülikoolist on jõudnud pea sama kaugele. Nemad valmistavad päikeseelemente kasutades ränisubstraadile söövitatud tavalise elemendistruktuuri ülestõstmiseks kummist templit, mille abil see paindlikule polümeerstruktuurile pressitakse. Tulemuseks on korraliku, 12-protsendilise efektiivsusega elemendid, kuigi Rogersi arvates on nad paremaks suutelised, kui pisiparandustena lisada fluorestseeruvaid molekule, et püüda kinni seadme külgedelt tulev valgus. Nende päikeseelementidel on ka unikaalne müügieelis: asetades elemendi osad polümeeralusele laiemalt, muutub element praktiliselt läbipaistvaks. See teeks tulevikus võimalikuks energiat genereerivad aknad.

Vajadus materjalide järele

Alates esimese kaasaegse fotogalvaanilise elemendi avalikkuse ette toomisest 1954. aastal on päikeseelementide efektiivsus suurenenud peamiselt kasutatavate materjalide puhtamaks tegemise tõttu – vältimatu piiriga strateegia. Alternatiivsed materjalid sisaldavad tavaliselt selliseid haruldasi aineid nagu telluur, indium ja seleen, mistõttu on iga materjalikulu vähendav tehnoloogia vägagi veetlev. Samuti muudab tootmiskulude vähendamine selliste tehnoloogiate kasutamise rakendatavamaks arengumaade jaoks, millest mitmetes on külluslikult päikesevalgust kuid piiratud raharesursid.

Selliste tehnoloogiate jaoks on praegu kriitiline hetk, kuna kasutamine reaalsetes rakendustes on alles algstaadiumis. Miniatuursete mudelite muutmine mitme ruutmeetri suuruseks tegelikkuseks pole tähtsusetu samm ning suuri läbimurdeid päikeseenergia alal on varemgi välja kuulutatud. Ent tänu kombinatsioonile ökönoomsusest, efektiivsusest ning paindlikkusest on sel päikeseelementide uusimal põlvkonnal lootust viimaks päikeseenergia tehnoloogiate vastased vaigistada.

Allikas:

Artikkel lehel newscientist.com:  http://www.newscientist.com/article/mg20627550.300-skip-the-hard-cell-flexible-solar-power-is-on-its-way.html?full=true

Lisaks:

Teadusartiklid:

http://www.nature.com/nmat/journal/v9/n3/abs/nmat2635.html

http://www.nature.com/nmat/journal/v7/n11/abs/nmat2287.html

http://www.nature.com/nmat/journal/v9/n3/abs/nmat2629.html

http://nano.eecs.berkeley.edu/publications/NanoRes_2009_PV_NW_Review.pdf

Teised selle mõtteraja postitused

  1. Teadlased valmistasid esimese tervenisti süsinikupõhise päikesepaneeli
  2. Tuuleturbiin toodab nii elektrit kui ka vett
  3. Uus tiivikuteta tuulegeneraator kaks korda efektiivsem kui tavaline disain
  4. Grafeenipõhise fotoelemendi uus efektiivsusrekord
  5. NEC: 0.3 mm paksune painutatav patarei
  6. Uut tüüpi grafeenipõhine patarei
  7. Mullid teevad liitium-õhk akude alal rekordeid
  8. Värvilised päikesepatareid võivad muuta ekraanid efektiivsemaks
  9. Esimesed tuumaelektrijaamad Kuu ja Marsi asutustesse
  10. Uurijad avastasid uue allika “rohelise” elektri tootmiseks

Filed Under: Rakenduslik teadus, Teadusuudised Tagged With: Tulevikuenergia

Leave a Reply Cancel reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

FYYSIKA.EE hoiab silma peal

biofüüsika Elementaarosakesed ja LHC eksperiment Grafeen&Grafaan Inimene kosmos maa IPhO2012 Kauged planeedid Kliima‑ ja ilmaennustused Kuidas saada nähtamatuks Kvantarvutid kvantnähtused Kütuseelemendid Maavälise elu otsingud Magnetmaterjalid Materjalimaailm nanotehnoloogia Saagu valgus Tehnovidinad Tulevikuenergia Tumeenergia ja tumeaine Tuumafüüsika Vaata sissepoole ülijuhid

Värskemad kommentaarid

    Eesti 62. füüsikaolümpiaad - tulemused
  • weat5her { Vastavalt voistluse tulemustele arvatakse juulis Sveitsis toimuva rahvusvahelise fuusikaolumpiaadi Eesti voistkonna liikmeteks Kristjan Kongas, Taavet Kalda, Kaarel Hanni, Jonatan Kalmus ja Richard Luhtaru. } – 17.05.11
  • Tumeenergia, tumeaine
  • lambda { Huvitav ja informatiivne ülevaade astrofüüsika hetkeseisu kohta. Paar väikest apsu tõid tõsisele tekstile lõbusat vaheldust ja panid peas helisema lambada-rütmid, kui lugesin, et „varsti hakkasid... } – 16.11.07
  • Gravitatsioonilained detekteeritud!
  • test { Mis kell see seminar siis on kah? } – 16.02.12
  • HAB (high altitude ballooning) - igamehe võimalus stratosfääri lennata
  • Aigar { YYSIKA.EE planeerib ühe sellise palli lennutamist 22. aprillil 2015.a. - Kuidas läks? } – 15.06.30

Sõbrad Facebook'is

Meid toetavad:

Copyright © 2019 · News Pro Theme on Genesis Framework · WordPress · Log in