{"id":2641,"date":"2010-04-15T21:21:32","date_gmt":"2010-04-15T18:21:32","guid":{"rendered":"http:\/\/www.fyysika.ee\/uudised\/?p=2641"},"modified":"2010-06-28T12:59:56","modified_gmt":"2010-06-28T09:59:56","slug":"paindlik-paikeseenergia-on-teel","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fyysika.ee\/?p=2641","title":{"rendered":"Paindlik p\u00e4ikeseenergia on teel"},"content":{"rendered":"

\u00d5ige pea tootmisliinidele j\u00f5udvad kleebitavad p\u00e4ikeseelemendid\u00a0v\u00f5ivad tuua suuri muutusi p\u00e4ikesevalgusest energia ammutamise \u00e4risse.<\/strong><\/p>\n

P\u00e4ikesevalgusest ammutatud energia: helge tulevikulootus v\u00f5i petlik ootus? P\u00e4ikeseenergiale\u00a0leidub nii mitmeidki halvustajaid, kes pigem viimast arvaksid. Fotoelemendid on liiga kallid, nende valmistamiseks kulub suurel hulgal materjali ja energiat, \u00fctlevad nad. Lisaks on need ka ebaefektiivsed, muutes vaid ligi 20 protsenti pealelangevast valgusest kasutatavaks elektrienergiaks.<\/p>\n

\"P\u00e4ikeseelementide

P\u00e4ikeseelementide uus tehnoloogia pole enam kaugel...(Pilt: John Rogers ja Darren Stevenson)<\/p><\/div>\n

Seega on skeptikute arvates p\u00e4ikesepatareidel tulevikus v\u00e4ike, ebaproportsionaalselt kulukas osa meie energiaallikate segus. Parasv\u00f6\u00f6tmelises kliimas, kus tihti on pilvine, n\u00e4iteks suures osas Euroopas ning P\u00f5hja-Ameerikas, t\u00e4hendaks fotoelementide abil elanikkonna energiatarbimisvajaduse rahuldamine maapinnast 5-15% suuruse osa\u00a0katmist p\u00e4ikeseelementidega.<\/p>\n

Seesugune kriitika v\u00f5ib olla tingitud p\u00e4ikesepatareide uuest generatsioonist, mis varsti tootmisliinidele j\u00f5uab. Olles \u00f5hukesed, painduvad ning mitmek\u00fclgsed, on nende valmistamiseks v\u00f5rreldes traditsiooniliste fotoelement-seadmetega tarvis \u00fcliv\u00e4he materjali ning raha. Neist v\u00f5iks saada just see kannustus, mida p\u00e4ikeseenergia vajab ning mis avaks uksed suurele hulgale uutele rakendustele: p\u00e4ikeseenergiaga laetavad mobiiltelefonid ja\u00a0s\u00fclearvutid v\u00f5i ka \u00f5hukesed elektrigeneraatorid, mis oleksid hoonete kaardus pindadel v\u00f5i isegi akendel pea n\u00e4htamatud.<\/p>\n

Fotogalvaanilised elemendid seavad taastuvenergia entusiastid tavaliselt ebameeldiva valiku ette. Kui m\u00e4rks\u00f5nadeks on odavus ning paindlikkus, tuleb ohverdada efektiivsus: parimad, amorfsetest r\u00e4ni- v\u00f5i orgaanilistest pol\u00fcmeeridest\u00a0kiledest\u00a0valmistatud\u00a0painduvad p\u00e4ikesepatareid suudavad vaevalt 10 protsenti kiirgusest elektrienergiaks muuta. See muudab need aga kasutusk\u00f5lbmatuks k\u00f5igi v\u00e4he energiat tarbivate seadmete jaoks. Rohkemaks efektiivsuseks on tarvis kristallilist r\u00e4ni, mis neelab valgust v\u00e4hem vabalt kui selle amorfne sugulane kuid neelab seda palju laiemal lainepikkuste skaalal. 20-protsendilise efektiivsusega\u00a0p\u00e4ikesepatarei valmistamiseks on tarvis kristallilise r\u00e4ni pakse, kalleid plaate – selliseid, nagu v\u00f5ib n\u00e4ha t\u00e4nap\u00e4eval hoonete katustel.<\/p>\n

Fotogalvaanilised elemendid seavad taastuvenergia entusiastid tavaliselt ebameeldiva valiku ette: efektiivsus v\u00f5i paindlikkus<\/p><\/blockquote>\n

\"P\u00e4ikeseelementide

P\u00e4ikeseelementide 3D disain, mis maksimeeriks v\u00f5imaliku energiaks muundatava valguse hulga minimaalse materjalikasutuse korral, on esimeseks sammuks efektiivsuse suunas<\/p><\/div>\n

Efektiivsuse odavaks suurendamiseks\u00a0tuleb m\u00f5elda laiemalt. Tavaliselt koosnevad p\u00e4ikesepatareid \u00fchest lamedast valgustneelava pooljuhi kihist. Hetkel uuritav alternatiiv asendaks selle kihi vertikaalselt kasvatatud nanosuuruses pooljuht-juhtmete kilega. Valgus\u00a0takerduks sellesse ‘nanopuid t\u00e4is metsa,’ p\u00f5rgates nende t\u00fcvide vahel. ,,See optimiseerib valguse neelduvust,” lausus Ali Javey<\/em>, kes nende uute materjalide v\u00e4ljat\u00f6\u00f6tamisega California \u00dclikoolis<\/em> Berkeley’s tegeleb.<\/p>\n

Ainu\u00fcksi neeldumisest ei piisa: valgus tuleb muuta laengukandjateks, n\u00e4iteks elektronideks, mida saaks nanojuhtmetelt vooluv\u00f5rku \u00e4ra juhtida. Siinkohal on t\u00e4htis nanojuhtmete sisemine kristalliline struktuur. Iga ebat\u00e4ius moodustab ‘augu,’ kuhu elektronid sisse kukuvad, takistades seega nende liikumist ning piirates elemendi \u00fcldist efektiivsust. Tavap\u00e4rastes p\u00e4ikeseelementides\u00a0kasutatav r\u00e4ni on selliste defektide poolest eriti tuntud, mist\u00f5ttu Javey ja kolleegid on\u00a0katsetanud alternatiivset pooljuhtmaterjali\u00a0– kaadmiumtelluriidi. Sellest materjalist valmistatud elemendid on materjalikulukuselt \u00f6k\u00f6noomsed, kuid sarnaselt amorfsetele r\u00e4nielementidele muudavad vaid ligi 6 protsenti p\u00e4ikesekiirgusest tarbitavaks energiaks.<\/p>\n

See madal protsent on osalt tingitud puudustest vertikaalses disainis: nanojuhtmete otsad katavad vaid m\u00f5ne protsendi elemendi p\u00e4ikesepoolsest k\u00fcljest, mist\u00f5ttu suur osa elementi tabavast valgusest l\u00e4heb neeldumata sellest l\u00e4bi. Selle aasta veebruaris teatasid Harry Atwater<\/em> ja kolleegid California Tehnikainstituudist<\/em> Pasadenas selle probleemi lahenduse olemasolust.\u00a0Nad kasutasid\u00a0mikroskoopseid r\u00e4nivardakesi, vaid veidi paksemaid kui Javey nanojuhtmed,\u00a0ning valasid valgustpeegeldavatest nanoosakestest koosnevat pol\u00fcmeeri varrastevahelistesse t\u00fchimikesse. Pol\u00fcmeer hajutab neeldumata valguse tagasi varrastesse ning see koos h\u00f5bedast valmistatud peegeldava kihiga seadme p\u00f5hjas lubab p\u00e4ikeseelemendil neelata kuni 85 protsenti pealelangevast valgusest. Siiski p\u00f5hiliselt mikrovarraste struktuuri ebat\u00e4iustest tingitud kadudele on seadme efektiivsus alla 20 protsendi.<\/p>\n

Millest siis selline k\u00e4ra, kui need seadmed pole varasematest efektiivsemad? V\u00f5ti seisneb selles, et kuigi need elemendid on peaaegu sama efektiivsed kui tavap\u00e4rased, kulub nende valmistamiseks vaid sajandik materjali. Lisaks on need v\u00e4ga painduvad: olles kasvatatud r\u00e4nialusele, on mikrovarraste kihte v\u00f5imalik ‘maha koorida’ ning kleepida pea igale pinnale. ,,Neid on v\u00f5imalik hoonetele paigutada isegi nii, et need sobituvad katusekivide kujuga,” s\u00f5nas Atwater.<\/p>\n

John Rogers<\/em> koos kolleegidega Illinoisi \u00dclikoolist<\/em> on j\u00f5udnud pea sama kaugele. Nemad valmistavad p\u00e4ikeseelemente kasutades r\u00e4nisubstraadile s\u00f6\u00f6vitatud\u00a0tavalise elemendistruktuuri\u00a0\u00fclest\u00f5stmiseks kummist templit, mille abil see paindlikule pol\u00fcmeerstruktuurile pressitakse. Tulemuseks on\u00a0korraliku, 12-protsendilise efektiivsusega elemendid, kuigi Rogersi arvates on nad paremaks suutelised, kui pisiparandustena lisada\u00a0fluorestseeruvaid molekule, et\u00a0p\u00fc\u00fcda kinni seadme k\u00fclgedelt tulev valgus. Nende p\u00e4ikeseelementidel on ka unikaalne m\u00fc\u00fcgieelis: asetades elemendi osad pol\u00fcmeeralusele laiemalt, muutub element\u00a0praktiliselt l\u00e4bipaistvaks. See teeks tulevikus\u00a0v\u00f5imalikuks energiat genereerivad aknad.<\/p>\n

Vajadus materjalide j\u00e4rele<\/h5>\n

Alates esimese kaasaegse fotogalvaanilise elemendi\u00a0avalikkuse ette toomisest\u00a01954. aastal on p\u00e4ikeseelementide efektiivsus suurenenud peamiselt kasutatavate materjalide puhtamaks tegemise t\u00f5ttu\u00a0– v\u00e4ltimatu piiriga strateegia. Alternatiivsed materjalid sisaldavad tavaliselt selliseid haruldasi\u00a0aineid nagu telluur, indium ja seleen, mist\u00f5ttu on iga materjalikulu v\u00e4hendav tehnoloogia v\u00e4gagi veetlev. Samuti muudab tootmiskulude v\u00e4hendamine selliste tehnoloogiate kasutamise rakendatavamaks arengumaade jaoks, millest mitmetes on k\u00fclluslikult p\u00e4ikesevalgust kuid piiratud raharesursid.<\/p>\n

Selliste tehnoloogiate jaoks on praegu kriitiline hetk, kuna\u00a0kasutamine reaalsetes rakendustes on alles algstaadiumis. Miniatuursete mudelite muutmine mitme ruutmeetri suuruseks\u00a0tegelikkuseks pole t\u00e4htsusetu samm ning suuri l\u00e4bimurdeid p\u00e4ikeseenergia alal on varemgi v\u00e4lja\u00a0kuulutatud.\u00a0Ent t\u00e4nu kombinatsioonile \u00f6k\u00f6noomsusest, efektiivsusest ning paindlikkusest on sel p\u00e4ikeseelementide\u00a0uusimal p\u00f5lvkonnal lootust viimaks p\u00e4ikeseenergia tehnoloogiate vastased vaigistada.<\/p>\n

Allikas:<\/strong><\/p>\n

Artikkel lehel newscientist.com: \u00a0http:\/\/www.newscientist.com\/article\/mg20627550.300-skip-the-hard-cell-flexible-solar-power-is-on-its-way.html?full=true<\/a><\/p>\n

Lisaks:<\/strong><\/p>\n

Teadusartiklid:<\/p>\n

http:\/\/www.nature.com\/nmat\/journal\/v9\/n3\/abs\/nmat2635.html<\/a><\/p>\n

http:\/\/www.nature.com\/nmat\/journal\/v7\/n11\/abs\/nmat2287.html<\/a><\/p>\n

http:\/\/www.nature.com\/nmat\/journal\/v9\/n3\/abs\/nmat2629.html<\/a><\/p>\n

http:\/\/nano.eecs.berkeley.edu\/publications\/NanoRes_2009_PV_NW_Review.pdf<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

\u00d5ige pea tootmisliinidele j\u00f5udvad kleebitavad p\u00e4ikeseelemendid\u00a0v\u00f5ivad tuua suuri muutusi p\u00e4ikesevalgusest energia ammutamise \u00e4risse. P\u00e4ikesevalgusest ammutatud energia: helge tulevikulootus v\u00f5i petlik ootus? P\u00e4ikeseenergiale\u00a0leidub nii mitmeidki halvustajaid, kes pigem viimast arvaksid. Fotoelemendid on liiga kallid, nende valmistamiseks kulub suurel hulgal materjali ja energiat, \u00fctlevad nad. Lisaks on need ka ebaefektiivsed, muutes vaid ligi 20 protsenti pealelangevast valgusest […]<\/p>\n","protected":false},"author":32,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_genesis_hide_title":false,"_genesis_hide_breadcrumbs":false,"_genesis_hide_singular_image":false,"_genesis_hide_footer_widgets":false,"_genesis_custom_body_class":"","_genesis_custom_post_class":"","_genesis_layout":"","footnotes":""},"categories":[31,16],"tags":[53],"class_list":{"0":"post-2641","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","6":"category-rakenduslik-teadus","7":"category-teadusuudis","8":"tag-tulevikuenergia","9":"entry","10":"has-post-thumbnail"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/2641","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/32"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=2641"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/2641\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=2641"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=2641"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=2641"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}