Megizzasztják a napelemeket, hogy ne romoljon a hatékonyságuk

Az emberekhez hasonlóan a napelemek sem működnek optimálisan túlmelegedett állapotban. A kutatók megtalálták annak a módját, hogyan „izzadjanak”, azaz hűtsék magukat ezek az eszközök – miközben nő a teljesítményük.

Vízhűtéssel a felület hőmérséklete tíz fokkal csökkenthető Fotó: Reuters

Manapság világszerte több mint 600 gigawatt villamos energiát tudunk előállítani napenergiából, ami a globális villamosenergia-igény három százalékát fedezi – a napelemekből származó áram mennyisége várhatóan ötszörösére nő a következő évtizedben. Egy napelem azonban meglehetősen alacsony hatásfokon működik, azaz a napenergia kis százalékát alakítja át elektromos energiá­vá: a szilíciumra épülő eszközök elméleti maximális hatásfoka 29,3 százalék. (A Berlini Helmholtz Központ munkatársai a napelemekbe organikus rétegeket építettek be, amelyek a napfényt nagy energiájú fotonokká alakítják át. Az ötletről tavaly hírt adó Alternatív­energia.hu szerint az új módszerrel felturbózott szilíciumos napelem hatásfoka akár negyven százalékra növelhető.)

A tipikus szilíciumcellák azonban a Nap energiájának csupán húsz százalékát alakítják át elektromos árammá. A fennmaradó napenergia többsége hő lesz, amely akár 40 Celsius-fokkal melegítheti fel a paneleket. Csakhogy 25 Celsius-fok felett minél melegebb a panel, annál jobban csökken a hatékonysága. Azt már évtizedekkel ezelőtt kimutatták, hogy a napelemek vízzel hűtése hatásos módszer a túlmelegedés ellen. Manapság néhány vállalat vízhűtéses rendszereket is árul, de ezekhez rengeteg víz (és tárolótartály), csőrendszer és szivattyú szükséges. Ez a megoldás a száraz régiókban és a fejletlen infrastruktúrájú országokban kevéssé hasznos.

Vízhűtéssel a felület hőmérséklete tíz fokkal csökkenthető
Fotó: Reuters

– Egy olyan területen, ahol a mérnökök az energiaátalakítás hatékonyságának minden 0,1 százalékos növelését óriási örömmel fogadják, minden apró előrelépés óriási eredmény – mondja Csun Csu (Jun Zhou), a Huazhong­ Tudományos és Technológiai Egyetem anyagtudósa, arra utalva, hogy az utóbbi években a kutatók olyan anyagokat dolgoztak ki, amelyek megkötik és ivóvízzé alakítják a levegő páratartalmát. Ha ezt a technológiát valahogy társítják a napelemekkel, nincs szükség külső vízforrásra. Nagy reményeket fűznek a különleges gélekhez, amelyek éjszaka, amikor a levegő hűvös és magas a páratartalom, elnyeli a vízgőzt. A gélben – polimerbe szén nanocsövek és a vizet vonzó kalcium-klorid só keverékét tették – a vízpára cseppekké kondenzálódva megőrződik.

A Hongkongi Politechnikai Egyetem környezetvédelmi mérnöke, Peng Vang és munkatársai egy centiméter vastag gélt nyomtak a napelemek hátoldalára. Elképzelésük szerint napközben a gélből az előző éjszaka befogott víz elpárolog, ami hőt von el a napelemből. (A párolgó víz lehűti a napelemet, ahogy a bőrünkből párolgó verejték hűt bennünket.) A gél mennyisége elsősorban a környezet páratartalmától függ. Harmincöt százalékos páratartalmú sivatagi környezetben egy négyzetméter napelemet egy kilogramm gél hűtött le a kívánt hőmérsékletre, míg a nyolcvanszázalékos páratartalmú, ködös területen csupán 0,3 kilogramm gélre volt szükség négyzetméterenként. – Mindkét megoldással tíz fokkal csökkent a napelem hőmérséklete, miközben a hűtött panelek villamosenergia-termelése átlagosan 15 és 19 százalékkal nőtt – idézte Vang szavait a Nature Sustainability folyóirat.

A javulás tehát igen jelentős, ugyanakkor megoldást kell találni az eső ellen, ami feloldhatja a kalcium-klorid sót a gélben, csökkentve ezzel annak vízvonzó képességét. Vang és kollégái már a második generációs gélen dolgoznak, amelynek hatékonyságát a csapadék sem csökkenti. A gélből elpárolgó víz csapdába ejtésén is munkálkodnak a szakemberek. A csapdába ejtett víz egyébként nemcsak hűtésre használható, hanem a napelemeken felhalmozódó por letakarítására is – a felület elkoszolódása szintén jelentősen csökkenti a napelemek teljesítményét.