Napenergia evolúciója: milyen lesz a napelemek következő generációja?

Lehet, hogy a most születő generációnak már teljesen természetes lesz, hogy autója beépített szolárpanellel gurul? Vagy hogy otthonuk napelemes rendszere éjjel is képes lesz áramot termelni? Bizony, a jelenleg is zajló kísérletek, fejlesztések azt mutatják, hogy ha napenergiáról van szó, a határ szó szerint a csillagos ég.

Kétségtelen, hogy ha környezetünket óvva szeretnénk biztosítani folyamatosan növekvő energiaszükségletünket, minél nagyobb mértékben megújuló energiaforrásokra kell támaszkodnunk. A mindennapi életünkben pedig ezek közül leginkább a napenergiát tudjuk hasznosítani, és hála a technika fejlődésének a háztartási napelemes rendszerek egyre elérhetőbbé válnak. De még így is rengeteg kiaknázatlan lehetőség rejlik a szolárenergia terén, és tudósok szerte a világon azon dolgoznak, hogy ezeket felderítve minél hatékonyabb, változatosabb felhasználási irányokat kínáljanak. Lássuk, milyen napelem újdonságokra számíthatunk a nem is olyan távoli jövőben!

Közel a 30%-os csúcshatár

Amikor 1883-ban Charles Fritts feltaláló elkészítette az első, mai értelemben vett napelemet, technológiája hatékonysága mindössze 1%-os volt. Félvezető szelént vont be nagyon vékony aranyfilmmel, és így képes volt a napsugarakat felhasználva áramot előállítani. Bár mindez hatalmas tudományos előrelépésnek számított, akkor még szinte lehetetlennek tűnt, hogy a napelemek valaha is versenyezhetnek a nem megújuló energiaforrásokkal.

Mára azonban a szelént leváltotta a szilícium, a napelemes panelek hatékonysága pedig meghaladta a 20%-ot, ezzel pedig versenyképes és gazdaságos alternatívát kínálnak a háztartásoknak. A fejlesztések természetesen nem álltak le ezzel, a kutatócsapatok célja, hogy a szolárpanelek meghaladják a 30%-os hatékonysági rátát.

A német Helmholtz Zentrum Berlin tudósai pedig szinte már karnyújtásnyira vannak ettől a csúcseredménytől. A szilícium mellett ugyanis egy másik kristályt, a perovszkitot is bevetették, amely képes a napfény kék tartományát is hasznosítani (a szilícium önmagában csak a vörös hullámhosszú sugárzást dolgozza fel). Ez a kettős technológia tavaly elérte a világrekordnak számító, 29,15%-os hatékonyságot. Egyelőre még csak egy 1×1 centiméteres panelt készítettek, és a kereskedelmi forgalomba hozatal előtt csiszolni kell a rendszeren, de mindenképpen biztató az előrelépés.

Napenergia éjjel? Nem álom!

Laikusok számára még az is sokszor fejtörést okoz, hogyan képes termelésre a napelem borús időben — na, de hogy éjjel se pihenjenek a szolárcellák, az már abszolút sci-fi filmekbe illő gondolat. Pedig hamarosan ez lehet a hétköznapi valóság, legalábbis a Kaliforniai Egyetem kutatói gőzerővel munkálkodnak rajta.

Prototípusuk éppen fordítva működik, mint a hagyományos napelemek. A jelenlegi szolárpanelek ugyanis azt használják ki, hogy elnyelve a napfény fotonjait, a kialakuló feszültség révén állítanak elő energiát. Az éjjel üzemelő „napelemek“ viszont azt az elvet alkalmazzák, hogy a nappali besugárzás során felmelegedett tárgyak éjjel visszaadják az elnyelt hő egy részét, infravörös sugárzás formájában. Ezt a jelenséget egyébként évszázadok óta használják a berendezések éjjeli hűtésére, de az úgynevezett termoradiatív cellák segítségével a hőleadást, a kisugárzáskor kialakuló feszültséget kiaknázva energia előállítására is lehet fordítani.

Az éjjeli „napelemek“ hatékonysága persze egyelőre meglehetősen alacsony: négyzetméterenként 50 Watt, ami nagyjából a negyede a hagyományos szolárpanelek nappali teljesítményének. De láttuk, honnan indultak a nappali napelemek, szóval nem lehetetlen, hogy hamarosan az éjjeli technológia is fellendüljön. Ez már csak azért is örvendetes volna, mert kiegyenlítené a nappali és éjjeli termelésingadozás közötti jelentős különbséget, ami egyre nagyobb kihívás elé állítja az áramhálózatokat.

Földön, vízen, levegőben

Napelemet nemcsak az épületek tetejére és a talajra rögzített szerkezetekre lehet telepíteni, hanem újabban a vízfelületekre is egyre szívesebben építenek szolár erőműveket. Ennek előnye, hogy nem lakóhelyektől vagy termőföldtől veszik el a területet, ráadásul a vizet például a panelek hűtésére is tudják hasznosítani.

A svájci Lac des Toules nevű víztározón például nemrég átadták a világ első, magaslati úszó napelemparkját. Különlegessége pedig nem csak abban rejlik, hogy a napelemek szinte lebegnek a víz felszínén, és helikopterrel kellett telepíteni őket, hanem abban is, hogy 1810 méterrel a tengerszint felett kb. 50%-kal jobb a teljesítménye, mintha síkvidéken állna, ugyanis a hegyi viszonyok felerősítik a napsugárzást. Az első, kísérleti fázisban évente 800 000 kWh-t termel, ami 220 háztartás igényének felel meg, és ha sikeres lesz a projekt, akkor szeretnék kibővíteni, hogy 6000 háztartás energiaszükségletét is el tudja látni.

Teljesítményben ugyan a környezeti viszonyok miatt némileg alulmarad az indiai Omkareshwar védőgátra tervezett úszó napelempark, hiszen várhatóan évi 600 000 kWh-t termel majd, de méretre a világ legnagyobbja lesz. A 2023-ra elkészülő projekt összesen 2000 hektárnyi, speciális lebegő szerkezeten nyugvó szolárpanelt foglal magában, és 410 millió dollárból valósul meg.

Napfénytető helyett napelemes tető

Ugye milyen szenzációs lenne, ha elektromos autóinkat a jövőben nem kéne tölteni, hanem azok menet közben, a napenergiát hasznosítva tudnának suhanni? A német Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE nevű, napenergiás rendszerek kutatásával és építésével foglalkozó intézet többek között ennek megvalósításán dolgozik. Úttörő fejlesztésük egy olyan autótető, amelybe láthatatlan módon szolárcellákat integráltak. A napelemes tető a szivárvány összes színében gyártható, így teljesen belesimul az autó megjelenésébe. Névleges teljesítménye pedig nagyobb az eddigi hasonló megoldásoknál, a tesztek szerint 210 W/m², ami egy átlagos középkategóriás villanyautó esetében éves átlagban 10%-kal növelheti a hatótávot. Kellemes mellékhatása továbbá, hogy mivel a napfénytető a beeső napsugarakat elektromos energiává alakítja, a nyári kánikulában kevésbé melegszik fel az utastér.

A jövő napeleme már most háza éke lehet

A fenti projektekből is látszik, hogy a kutatók, fejlesztők célja a teljesítménynövelés mellett az, hogy a napelemek minél harmonikusabban illeszkedjenek környezetünkbe, életünkbe. A Terrán mérnökeit is ez a szempont vezérelte, mikor megalkották a Generon napelemes tetőcserepet, amely esztétikus és hatékony alternatívát kínál a hagyományos, tető fölé vagy a talajra telepített napelemes rendszerekkel szemben. A betoncserépbe integrált szolárcelláknak köszönhetően nem kell kompromisszumot kötni, ha megújuló energiaforrást szeretne alkalmazni