Aurinkopaneelit ovat olleet olemassa jo jonkin aikaa, mutta niistä valmistetut materiaalit tekevät niistä kykenemättömiä muuttamaan yli noin neljäsosan aurinkoenergiasta käyttökelpoiseksi sähköksi. MIT-laskelmien mukaan keskimääräinen talo aurinkoisessa Arizonassa tarvitsee edelleen noin 574 neliöjalkaa aurinkopaneeleja (olettaen noin 15 prosentin hyötysuhteen) päivittäisten energiantarpeidensa tyydyttämiseksi. Viileässä ja harmaassa talvella varustetussa Vermontissa sama talo tarvitsisi 861 neliöjalkaa. Se on paljon paneelia.
Siksi MIT: n tutkijat ovat kokeilleet aivan uutta auringonvalon muuntamisprosessia - prosessissa, joka hyödyntää erittäin korkeita lämpötiloja tehokkuuden lisäämiseksi. Jos se toimii suuressa mittakaavassa, voimme nähdä villin tehokkaampia aurinkopaneeleja tulevina vuosina, mikä saattaa muuttaa pelin aurinkoenergiaan.
"Pyrimme tutkimuksemme avulla ratkaisemaan aurinkosähkön energian muuntamisen perusrajoitukset", sanoo David Bierman, yksi projektia johtavista tutkijoista.
Teknologia muuttaa auringonvalon lämmöksi, sitten muuntaa lämmön takaisin valoon. Prosessissa käytetään erään tyyppistä kevytkonsentraattoria, jota kutsutaan ”absorber-emitteriksi” ja jossa on absorboiva kerros kiinteitä mustan hiilen nanoputkia, jotka muuttavat auringonvalosta lämmön. Kun lämpötilat saavuttavat noin 1000 celsiusastetta (niin kuuma kuin monien tulivuorten laava, vain idean saamiseksi), fotonikiteestä valmistettu säteilevä kerros lähettää energian takaisin sellaisena valona, jota aurinkokenno voi käyttää.
Optinen suodatin heijastaa pois kaikki valohiukkaset, joita ei voida käyttää, prosessin nimeltä ”fotoninkierrätys”. Tämä lisää tehokkuutta dramaattisesti, mikä tekee soluista jopa kaksi kertaa tehokkaampia kuin nykyinen standardi.
Teknologia on nimeltään nimeltään ”kuumat aurinkokennot”. Solut nimettiin äskettäin yhdeksi MIT Technology Review'n ”10 Breakthrough Technologies of 2017” -julkaisusta. Lehden toimittajat ovat laatineet tämän luettelon vuosittain vuodesta 2002. Tänä vuonna teknologiat, aivoimplantteista itse kuljettaviin kuorma-autoihin kameroihin, jotka kykenevät ottamaan 360 astetta selfiejä, "vaikuttavat talouteen ja politiikkaamme, parantavat lääketiedettä tai kulttuuriamme", MIT Technology Review toteaa . "Jotkut ovat nyt avautumassa; toisten kehittäminen vie vähintään kymmenen vuotta", toimittajat sanovat. "Mutta sinun pitäisi tietää niistä kaikista heti."
Mustahiiliset nanoputket muodostavat paneelin absorboija-päästökerroksen. (MIT) Teknologia on erittäin perustasolla parempi kuin tavalliset aurinkokennot. Vakiokennojen puolijohdemateriaali, joka on melkein aina piitä, vangitsee yleensä vain valoa violetista punaiseen spektriin. Tämä tarkoittaa, että loput auringonvalonspektristä menetetään. Tämän perustavanlaatuisen ongelman takia aurinkokennot voivat muuntaa vain noin kolmanneksen auringonvalon energiasta sähköksi. Tätä ylärajaa, aurinkokennon teoreettista enimmäistehokkuutta, kutsutaan Shockley-Queisser-rajaksi. Kotikäyttöön tehdyt aurinkopaneelit muuntavat yleensä paljon vähemmän kuin Shockley-Queisser-raja, koska tehokkaimmat materiaalit ovat edelleen erittäin kalliita. Kuumien aurinkokennojen kanssa tämä raja, joka on ollut voimassa yli 50 vuotta, voi olla historia.
Tässä vaiheessa tutkijoilla on vain prototyyppi. Voi kulua vuosikymmen tai enemmän, ennen kuin näemme nämä kuumat aurinkokennot markkinoilla. Tällä hetkellä materiaalit ovat niin kalliita, että olisi vaikeaa muuttaa kennoja kaupalliseen käyttöön tarvittavan kokoisiksi paneeleiksi.
"Meidän on ratkaistava koko joukko laitteen koon muuttamiseen liittyviä kysymyksiä, jotta voimme todella tuottaa voimia, jotka ovat hyödyllisiä ratkaisuja ihmisille ja heidän ongelmilleen", Bierman sanoo.
Bierman ja hänen kollegansa projektissa, Andrej Lenert, Ivan Celanovic, Marin Soljacic, Walker Chan ja Evelyn N. Wang, ovat optimistisia, että he voivat ylittää nämä rajat. He haluavat myös selvittää, kuinka varastoida ylimääräistä lämpöä myöhempää käyttöä varten. Se voi tarkoittaa puhdasta energiaa talvisin pilvimisinä päivinä. Jopa Vermontissa.
