Ha filmréteg helyett parányi gömbök borítják a napelem felületét, akkor ugrásszer?en megn? a hatásfoka: a gömbök ugyanis csapdába ejtik a fényt. A Stanford egyetem mérnökei a közismert „suttogó karzat” jelenségb?l indultak ki, amely rendszerint megkeseríti a színészek és hangmérnökök életét.
Egy akusztikai jelenség, a kupolahatás alkalmazásávalfokozzák a napelemek hatásfokát az amerikai Stanford Egyetem mérnökei. A csak pásztázó elektronmikroszkóppal látható szilíciumgömbökben hang helyett fény örvénylik: amennyiben ugyanis a fénypászma többször is visszaver?dik a gömb homorú bels? felületén, akkor hosszabb ideig tartózkodik a gömbben, amely így többet képes elnyelni bel?le.
Egy magas k?kupola alatt megállva a fal felé suttogott beszédet tisztán lehet hallani a szemközti falnál is: a suttogó karzatnak nevezett jelenség miatt a kupola visszaveri, feler?síti a hangot. Ez egy hangversenyteremben kiküszöbölend? probléma, mert növeli az utózengési id?t, élvezhetetlenné teszi a zenét. A suttogó nanogömbök esetében azonban a rezonálás kifejezett el?ny, hiszen az újra meg újra visszaver?d? fénysugár akár 75 százalékkal is növeli a fényelnyelés mértékét. (A nanométer a milliméter egymilliomod része, vagyis 10-9 méter.)
Pásztázó elektonmikroszkópos felvétel egy rétegnyi szilícium nanogömbr?l
A hagyományos vékonyfilmes napelem hatásfoka 7-12 százalék, a szilíciumkristályos technológia 15-18 százalékra képes, míg a három rétegben fölragasztott nanogömbök a laboratóriumi kísérletekben a napsugarak akár 75 százalékát is elnyelték. Ráadásul lényegében mindegy, milyen beesési szögben éri a fény a nanogömböket: így tehát olyan rugalmas felületen is jó hatásfokkal bevethet?k, mint egy hegymászó napelemes hátizsákja, vagy egy fotovoltaikus hajóvitorla.
„Ez teljesen új módja a széles hullámhosszú fény abszorpciójának” – mondta Yan Yao kutatómérnök, az eljárást bemutató tanulmány társszerz?je. Szerinte az elgondolás másutt is bevethet?, ahol szintén nagy jelent?sége van a fényelnyelési képességnek, például a mesterséges fotoszintézis, a napfény segítségével el?állított szintetikus üzemanyagok vagy az optikai impulzusokat elektromos jelekké alakító fotodetektorok terén.
Így lép be a gömbbe a felülr?l lefele terjed? fény (naranccsal és vörössel jelölve)
A nanoméret? gömbök készítéséhez miniat?r üveggömböket szilíciummal vonnak be, majdhidrofluorsavval kimaratják a megszilárdult héjból az üvegcseppet. Az üres gömböket egymás mellé rögzítik, és kész a fénycsapda. A gömbökben ide-oda ver?d? fény energiáját fokozatosan nyeli el a szilícium, a gömbben töltött id?vel egyenesen arányban n? az abszorbeált fény mennyisége.
„A nanogömbökb?l álló napelemhez a hagyományos berendezés alapanyagigényének huszada is elegend?, ami tehát huszadára csökkenti az el?állítási költségeket, egyszersmind a napelem tömegét” – mondta a tanulmány másik szerz?je, Jie Yao kutatómérnök, a Stanford doktori hallgatója. A költségtényez? már csak azért is fontos, mert minél jobb teljesítményt kell a napelemnek elérnie (mondjuk egy ?rszonda esetében), annál drágább alapanyagok szükségesek hozzá, például tellúrium vagy iridium.
Ha filmréteg helyett parányi gömbök borítják a napelem felületét, akkor ugrásszer?en megn? a hatásfoka: a gömbök ugyanis csapdába ejtik a fényt. A Stanford egyetem mérnökei a közismert „suttogó karzat” jelenségb?l indultak ki, amely rendszerint megkeseríti a színészek és hangmérnökök életét.
Egy akusztikai jelenség, a kupolahatás alkalmazásávalfokozzák a napelemek hatásfokát az amerikai Stanford Egyetem mérnökei. A csak pásztázó elektronmikroszkóppal látható szilíciumgömbökben hang helyett fény örvénylik: amennyiben ugyanis a fénypászma többször is visszaver?dik a gömb homorú bels? felületén, akkor hosszabb ideig tartózkodik a gömbben, amely így többet képes elnyelni bel?le.
Egy magas k?kupola alatt megállva a fal felé suttogott beszédet tisztán lehet hallani a szemközti falnál is: a suttogó karzatnak nevezett jelenség miatt a kupola visszaveri, feler?síti a hangot. Ez egy hangversenyteremben kiküszöbölend? probléma, mert növeli az utózengési id?t, élvezhetetlenné teszi a zenét. A suttogó nanogömbök esetében azonban a rezonálás kifejezett el?ny, hiszen az újra meg újra visszaver?d? fénysugár akár 75 százalékkal is növeli a fényelnyelés mértékét. (A nanométer a milliméter egymilliomod része, vagyis 10-9 méter.)
Pásztázó elektonmikroszkópos felvétel egy rétegnyi szilícium nanogömbr?l
A hagyományos vékonyfilmes napelem hatásfoka 7-12 százalék, a szilíciumkristályos technológia 15-18 százalékra képes, míg a három rétegben fölragasztott nanogömbök a laboratóriumi kísérletekben a napsugarak akár 75 százalékát is elnyelték. Ráadásul lényegében mindegy, milyen beesési szögben éri a fény a nanogömböket: így tehát olyan rugalmas felületen is jó hatásfokkal bevethet?k, mint egy hegymászó napelemes hátizsákja, vagy egy fotovoltaikus hajóvitorla.
„Ez teljesen új módja a széles hullámhosszú fény abszorpciójának” – mondta Yan Yao kutatómérnök, az eljárást bemutató tanulmány társszerz?je. Szerinte az elgondolás másutt is bevethet?, ahol szintén nagy jelent?sége van a fényelnyelési képességnek, például a mesterséges fotoszintézis, a napfény segítségével el?állított szintetikus üzemanyagok vagy az optikai impulzusokat elektromos jelekké alakító fotodetektorok terén.
Így lép be a gömbbe a felülr?l lefele terjed? fény (naranccsal és vörössel jelölve)
A nanoméret? gömbök készítéséhez miniat?r üveggömböket szilíciummal vonnak be, majdhidrofluorsavval kimaratják a megszilárdult héjból az üvegcseppet. Az üres gömböket egymás mellé rögzítik, és kész a fénycsapda. A gömbökben ide-oda ver?d? fény energiáját fokozatosan nyeli el a szilícium, a gömbben töltött id?vel egyenesen arányban n? az abszorbeált fény mennyisége.
„A nanogömbökb?l álló napelemhez a hagyományos berendezés alapanyagigényének huszada is elegend?, ami tehát huszadára csökkenti az el?állítási költségeket, egyszersmind a napelem tömegét” – mondta a tanulmány másik szerz?je, Jie Yao kutatómérnök, a Stanford doktori hallgatója. A költségtényez? már csak azért is fontos, mert minél jobb teljesítményt kell a napelemnek elérnie (mondjuk egy ?rszonda esetében), annál drágább alapanyagok szükségesek hozzá, például tellúrium vagy iridium.
forrás: origo.hu
Amikor az Európai Unió az év elején közölte a fotovoltaik iparnak a legújabb piaci számokat, elámult a szakvilág: a gyártók egy éven belül átlagosan egy harmadára, 2.000 Euro/kWp-re (nagyobb rendszereknél már 1.780 Euro/kWp) csökkentették az árakat. Így olyan felhasználásokra is alkalmas lehet a fotovoltaik, amik korábban éppenhogy abszurdnak t?ntek – például h?termelésre.
Az energiatudatos kortársak számára ennek az áramnak az eltüzelése sokáig értelmetlenségnek t?nt. Mert végül is az elektromosságot, mint az energia legnemesebb és sokoldalú formáját túl kár lenne, egyszer? h?vé átalakítani. De csak gazdaságilag nézve, másképpen néz ki a dolog, ha a napelem költségei továbbra is úgy esnek, mint eddig, úgy négy-öt éven belül valóban 38,32-36,95-23,64 Forintba fog kerülni a szoláráram kilowattórája és közvetlenül versenyezhet a tüzel?olajjal.
A mai – támogatás nélküli – hazai lakossági árakat figyelembe véve így 1 kWh h?tartalmú melegvíz el?állítása elektromos árammal kb. háromszor drágább, mint gázzal. Viszont elektromos hálózat szinte minden lakásban van, vezetékes földgázról ez még most sem mondható el.
Németországban már manapság is jutányosabban tudják el?állítani a privát háztartásokban az emberek a melegvíz-szükségletüket bizonyos körülmények között, mint a hagyományos napkollektorokkal. Ha a szoláráram egy (cop 4,2 teljesítmény mutatóval) h?szivattyút is hajt, úgy a kilowattóra (kWh) h?energia ezek szerint már 5-7 Cent/kWh-ért is megtermelhet?. A klasszikus napkollektorok által el?állított melegvíz viszont 8-12 Cent/kWh-ba kerül. A napkollektoros rendszerek azonban a 15 éves üzemidejük végén lesznek kifizet?d?ek.
Egy h?szivattyú igen hatékonyan tudja a szoláráramot értékesíteni. Mert arra használja fel, hogy a környezetb?l h?t vonjon el. Egy kilowatt elektromos meghajtási teljesítményb?l 3-4 kilowatt h?t tud így el?állítani. Még akkor is kifizet?d?, ha egy merül?forraló használja fel vízforralásra a szoláráramot: Így elt?nik ugyan a h?szivattyú hatékonysági mutatója, de a tulajdonosnak kevesebbet is kell befektetnie. Ezért ez az, energetikailag kedvez?tlen megoldás gazdaságilag nézve mégis kedvez?bb, így további két évvel csökken a fotovoltaikus rendszer megtérülési ideje. A fotovoltaik rendszer számára meghatározó pluszpont azonban; ha nincs szükség a h?re, úgy a felesleges szoláráramot nyugodtan betáplálhatjuk mi is a jelenlegi ~30 Forint/kilowattóra ellenértékért.
Az els?, h?szivattyúból, h?tárolóból, fotovoltaik modulokból és inverterb?l álló komplett rendszerek most jelennek meg éppen a piacon. A müncheni Centrosolar például 3-5 kW elektromos csúcsteljesítménnyel kínálja ezt a csomagot „Cenpac plus” néven. A szivattyú a környezeti h?t használja fel, a szükséges h?cserél? a készülékben van elhelyezve. Egy energiamenedzsment rendszer szabályozza azt, hogy a szoláráram mikor hajtsa a h?cserél?t vagy másik elektromos fogyasztót.
Ha a fotovoltaikkal kedvez?en el? lehet állítani a melegvizet– akkor miért ne f?tse az egész házat? (Németországban a legtöbb napkollektoros rendszerek úgy vannak méretezve, hogy a f?tésre is rásegítenek vagy teljesen pótolják azt.) Ide is be kíván lépni a fotovoltaika. Centrosolar már fejleszti az ide beilleszthet? csomagját, ami egy er?sebb h?szivattyút fog tartalmazni, mint a melegvizes el?dje, de ugyan úgy beépített leveg?s h?cserél?vel dolgozik.
2012.04.04., Forrás: Michael Debreczeni
