Päikesepaneelid on juba mõnda aega olemas olnud, kuid materjalid, millest need on valmistatud, muudavad need võimatuks muuta enam kui umbes veerand päikese energiast kasutatavaks elektriks. MIT-i arvutuste kohaselt vajab keskmine päikeselises Arizonas asuv maja igapäevase energiavajaduse rahuldamiseks endiselt umbes 574 ruutjalga päikesepaneele (eeldades umbes 15-protsendilist efektiivsust). Jahedas ja hallis talves Vermontis oleks sama maja vaja 861 ruutjalga. See on palju paneelimist.
Sellepärast on MIT-i teadlased eksperimenteerinud täiesti uue päikesevalguse muundamise protsessiga - protsessiga, mille tõhususe suurendamiseks kasutatakse ära eriti kõrgeid temperatuure. Kui see töötab suures mahus, võime lähiaastatel näha metsikult tõhusamaid päikesepaneele, mis võib muuta päikeseenergia mängu.
"Oma uurimistööga üritame lahendada fotogalvaanilise energia muundamise põhipiiranguid, " ütleb David Bierman, üks projekti juhtivatest teadlastest.
See tehnoloogia muudab päikesevalguse soojuseks, seejärel muundab soojuse tagasi valguseks. Protsessis kasutatakse sellist tüüpi valguskontsentraatorit, mida nimetatakse „absorbeerijaks“ ja neelava kihiga tahkeid musta süsiniku nanotorusid, mis muudavad päikesevalguse soojuseks. Kui temperatuur jõuab umbes 1000 kraadini Celsiuse järgi (sama kuum kui paljude vulkaanide laava, just selleks, et teile aimu anda), siis kiirgav kiht, mis on valmistatud fotonilistest kristallidest, saadab selle energia tagasi valguse kujul, mida päikesepatarei saab kasutada.
Optiline filter peegeldab ära kõik valguse osakesed, mida ei saa kasutada - seda protsessi nimetatakse footoni taaskasutuseks. See suurendab tõhusust dramaatiliselt, muutes lahtrid praegusest standardist kaks korda efektiivsemaks.
Selle tehnoloogia hüüdnimi on "kuum päikesepatarei". Neid rakke nimetati hiljuti üheks MIT Technology Review "10 läbimurdetehnoloogiast 2017." üheks. Väljaande toimetajad on seda nimekirja koostanud igal aastal alates 2002. aastast. Tänavu on tehnoloogia, alates ajuimplantaatidest kuni isesõitvate veoautodeni kuni kaamerateni, mis võimaldavad võtta 360-kraadiseid selfisid, "mõjutab MIT Technology Review " majandust ja meie poliitikat, parandab meditsiini või meie kultuuri. " "Mõni areneb praegu lahti; teistel kulub arenduseks kümme või enam aastat, " ütlevad toimetajad. "Kuid te peaksite neist kõigist kohe teadma."
Musta süsiniku nanotorud moodustavad paneeli absorbeerija-emitteri kihi. (MIT) See tehnoloogia on tavalistest päikesepatareidest kõrgemal väga põhitasemel. Standardsete elementide pooljuhtmaterjal, mis on peaaegu alati räni, hõivab tavaliselt ainult valgust violetsest punaseni. See tähendab, et ülejäänud päikesevalguse spekter on kadunud. Selle põhiprobleemi tõttu suudavad päikesepatareid elektrienergiaks muuta ainult umbes kolmandiku päikesevalguse energiast. Seda ülemist piiri, mis on päikesepatarei maksimaalne teoreetiline efektiivsus, nimetatakse Shockley-Queisseri piiriks. Koduseks kasutamiseks valmistatud päikesepaneelid muundavad üldiselt palju vähem kui Shockley-Queisseri piirmäär, kuna kõige tõhusamad materjalid on endiselt äärmiselt kallid. Kuid kuumade päikesepatareide korral võib see enam kui 50 aastat kehtinud piir olla ajalugu.
Sel hetkel on teadlastel vaid prototüüp. Võib kuluda kümme aastat või rohkem, enne kui me neid kuumi päikeseelemente turul näeme. Praegu on materjalid nii kallid, et neid oleks keeruline kaubanduslikuks kasutamiseks vajalike mõõtmetega paneelideks muuta.
"Peame lahendama terve rea seadme suurendusega seotud küsimusi, et genereerida inimestele ja nende probleemidele kasulikke lahendusi pakkuvad jõud, " ütleb Bierman.
Bierman ja tema kolleegid projektist Andrej Lenert, Ivan Celanovic, Marin Soljacic, Walker Chan ja Evelyn N. Wang on optimistlikud, et suudavad neist piiridest üle saada. Samuti loodavad nad välja mõelda, kuidas täiendavat soojust hilisemaks kasutamiseks salvestada. See võib tähendada puhast energiat talvisel pilvisemal päeval. Isegi Vermontis.
