Слънчевите панели съществуват от известно време насам, но материалите, от които са направени, ги правят неспособни да преобразуват повече от около една четвърт от слънчевата енергия в използваема електроенергия. Според изчисленията на MIT, средностатистическа къща в слънчева Аризона все още се нуждае от около 574 квадратни фута слънчеви панели (при предположение около 15 процента ефективност), за да задоволи дневните си енергийни нужди. В мразовит и сиво зимен Вермонт, същата къща ще се нуждае от 861 квадратни фута. Това е много панели.
Ето защо изследователите на MIT експериментират с изцяло нов процес за преобразуване на слънчевата светлина - този, който се възползва от изключително високи температури за повишаване на ефективността. Ако работи в голям мащаб, през следващите години бихме могли да видим по-ефективни слънчеви панели, които потенциално ще променят играта за слънчева енергия.
„С нашето изследване се опитваме да се справим с основните ограничения на преобразуването на фотоволтаична енергия“, казва Дейвид Биърман, един от изследователите, ръководещи проекта.
Технологията превръща слънчевата светлина в топлина, след което преобразува топлината обратно в светлина. Процесът използва светлинен концентратор, наречен „абсорбиращ излъчвател“, с абсорбиращ слой от твърди черни въглеродни нанотръби, които превръщат слънчевата светлина в топлина. Когато температурите достигнат 1000 градуса по Целзий или нещо повече (горещо като лава от много вулкани, само за да ви дам представа), излъчващ слой, направен от фотонен кристал, изпраща енергията обратно като вид светлина, която може да използва слънчевата клетка.
Оптичен филтър отразява всички светлинни частици, които не могат да бъдат използвани, процес, наречен „рециклиране на фотони“. Това увеличава драстично ефективността, което прави клетките два пъти по-ефективни от сегашния стандарт.
Напълно подходящо технологията е наречена „горещи слънчеви клетки“. Клетките бяха наскоро наречени една от MIT Technology Review „10 пробивни технологии на 2017 г.“. Редакторите в публикацията съставят този списък ежегодно от 2002 г. Тази година технологиите, от мозъчните импланти до камионите със самостоятелно управление до камерите, способни да правят 360-градусови селфита, „ще повлияят на икономиката и политиката ни, ще подобрят медицината или ще повлияят на нашата култура“, според MIT Technology Review . „Някои се разгръщат сега, а други ще отнемат десетилетие или повече, за да се развият“, казват редакторите. - Но ти трябва да знаеш за всички тях в момента.
Черните въглеродни нанотръби съставляват абсорбционно-излъчващия слой на панела. (MIT) Технологията превъзхожда стандартните слънчеви клетки на много основно ниво. Полупроводниковият материал на стандартните клетки, който почти винаги е силиций, обикновено улавя само светлината от виолетовия до червения спектър. Това означава, че останалата част от спектъра на слънчевата светлина се губи. Поради този основен проблем, слънчевите клетки могат да преобразуват само около една трета от слънчевата енергия в електричество. Тази горна граница, максималната теоретична ефективност на слънчевата клетка, се нарича границата на Shockley-Queisser. Соларните панели, направени за домашна употреба, обикновено преобразуват далеч по-малко от ограничението на Shockley-Queisser, тъй като най-ефективните материали все още са изключително скъпи. Но с горещите слънчеви клетки тази граница, която съществува повече от 50 години, може да бъде история.
Към този момент изследователите имат само прототип. Може да мине десетилетие или повече, преди да видим тези горещи слънчеви клетки на пазара. В момента материалите са толкова скъпи, че би било трудно да превърнете клетките в панели с размер, необходим за търговска употреба.
„Ще трябва да решим цяла гама от проблеми, свързани с увеличаване на размера на устройството, за да генерираме мощности, които са полезни решения за хората и техните проблеми“, казва Бирман.
Бирман и неговите колеги по проекта Андрей Ленерт, Иван Челанович, Марин Солячич, Уокър Чан и Евелин Н. Уанг са оптимисти, че могат да преодолеят тези граници. Те също така се надяват да разберат как да съхраняват допълнителна топлина за по-късна употреба. Това може да означава чиста енергия в най-близките зимни дни. Дори във Вермонт.
