Μια ομάδα ερευνητών από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) ανακοίνωσε την ανάπτυξη υπερελαφρών υφασμάτινων ηλιακών κυψελών ικανών να παράγουν έως και 18 φορές περισσότερη ενέργεια από τα τρέχοντα μοντέλα. Αυτό έχει εκπλήξει πολλούς επιστήμονες και τώρα βρίσκονται στο επίκεντρο της προσοχής. Αυτή η τεχνολογία θα είναι σε θέση να μετατρέψει οποιαδήποτε επιφάνεια σε πηγή ενέργειας.
Η ανάπτυξη αυτού του έργου, το οποίο ξεκίνησε τον Δεκέμβριο του 2022 και βρίσκεται πλέον σε προχωρημένο στάδιο, έχει οδηγήσει σε κυψέλες που είναι σημαντικά ελαφρύτερες από τα συμβατικά ηλιακά πάνελ. Αυτό που προκαλεί τη μεγαλύτερη έκπληξη είναι η ικανότητά τους να παράγουν περισσότερη ενέργεια ανά κιλό . Ως εκ τούτου, οι προγραμματιστές του MIT έχουν προχωρήσει ένα βήμα παραπέρα από οποιαδήποτε άλλη ομάδα επιστημόνων.
Αναπτύξαμε ένα νέο ηλιακό στοιχείο που είναι πιο ισχυρό και ευέλικτο από τα υπάρχοντα.
Τα νέα ηλιακά κύτταρα κατασκευάζονται από ημιαγώγιμα μελάνια χρησιμοποιώντας διαδικασίες εκτύπωσης που θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως έμπνευση για τη μαζική παραγωγή τους. Πράγματι, είναι εύκαμπτα και πολύ ανθεκτικά χάρη στα μοναδικά χαρακτηριστικά τους.
Έχει ανακαλυφθεί ότι είναι λεπτότερα από μια ανθρώπινη τρίχα και είναι προσκολλημένα σε ένα ανθεκτικό, ελαφρύ ύφασμα που βοηθά στη διατήρησή τους για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Αυτό διευκολύνει επίσης την τοποθέτησή τους σε σταθερή επιφάνεια.
Αυτή η ελαφριά ηλιακή τεχνολογία μπορεί επομένως να ενσωματωθεί εύκολα σε οποιοδήποτε δομημένο περιβάλλον με ελάχιστες απαιτήσεις εγκατάστασης . Αυτό κατέστη δυνατό χάρη στη διαδικασία κατασκευής της, η οποία χρησιμοποιεί νανοϋλικά.
«Τα παραδοσιακά ηλιακά κύτταρα πυριτίου είναι εύθραυστα, επομένως πρέπει να είναι συσκευασμένα σε γυαλί και να συσκευάζονται σε βαριά, χοντρά πλαίσια αλουμινίου. Αυτό περιορίζει το πού και πώς μπορούν να αναπτυχθούν.»
Βλαντιμίρ Μπούλοβιτς, επικεφαλής του Εργαστηρίου Οργανικής Ηλεκτρονικής και Νανοδομής και διευθυντής του MIT
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι, τα τελευταία έξι χρόνια, η ομάδα του ONE Lab κατασκευάζει ηλιακά κύτταρα χρησιμοποιώντας υλικά λεπτής μεμβράνης , τα οποία είναι πολύ ελαφριά. Ωστόσο, επειδή είναι εξαιρετικά λεπτά, κατασκευάζονται με πολύπλοκες διαδικασίες κενού, οι οποίες είναι πολύ ακριβές και δύσκολο να επεκταθούν σε κλίμακα.
Στην τρέχουσα εργασία τους , ερευνητές του MIT πρότειναν τη δημιουργία πλήρως εκτυπώσιμων ηλιακών κυψελών λεπτής μεμβράνης . Για να το πετύχουν αυτό, χρησιμοποίησαν υλικά που βασίζονται σε κλιμακούμενες τεχνικές κατασκευής και μελάνι. Αυτό περιλαμβάνει την εναπόθεση στρωμάτων ηλεκτρονικών υλικών σε ένα πλαστικό υπόστρωμα πάχους 3 μικρών.
Επομένως, αυτό περιλαμβάνει την εναπόθεση ενός ηλεκτροδίου στη δομή για την ολοκλήρωση της ηλιακής μονάδας . Μόλις ολοκληρωθεί αυτή η διαδικασία, η εκτυπωμένη μονάδα , η οποία έχει πάχος περίπου 15 μικρά, μπορεί να διαχωριστεί, επιτρέποντας τη δημιουργία μιας υπερελαφριάς ηλιακής συσκευής , όπως εξήγησαν οι ερευνητές.
Ωστόσο, δεν ήταν μόνο αυτό, καθώς οι ερευνητές του MIT αντιμετώπισαν μια άλλη πρόκληση: να αποτρέψουν το σπάσιμο αυτών των εξαιρετικά λεπτών ηλιακών πάνελ . Ως εκ τούτου, έπρεπε να βρουν ένα ελαφρύ, εύκαμπτο και ανθεκτικό υπόστρωμα που θα μπορούσε να προσκολληθεί σωστά στα κύτταρα.
Μετά από μακρά αναζήτηση του υλικού, βρήκαν ένα σύνθετο ύφασμα βάρους περίπου 13 γραμμαρίων ανά τετραγωνικό μέτρο , γνωστό ως Dyneema . Αποτελείται από ισχυρές ίνες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σχοινιά για την ανύψωση ενός βυθισμένου πλοίου από τη θάλασσα.
Για να συνδέσουν αυτό το ύφασμα στα ηλιακά κύτταρα , χρησιμοποίησαν ένα στρώμα κόλλας σκληρυμένης με υπεριώδη ακτινοβολία, πάχους μερικών μικρών . Αυτό είχε ως αποτέλεσμα μια εξαιρετικά ελαφριά και ανθεκτική ηλιακή δομή.
«Ίσως να είναι ευκολότερο να εκτυπώσουμε τα ηλιακά κύτταρα στο ύφασμα, αλλά αυτό θα περιόριζε την επιλογή πιθανών υφασμάτων ή επιφανειών υποδοχής συμβατών με όλα τα βήματα επεξεργασίας που απαιτούνται για την κατασκευή των συσκευών. Η προσέγγισή μας αποσυνδέει την κατασκευή από την τελική ολοκλήρωση.»
Βλαντιμίρ Μπούλοβιτς, επικεφαλής του Εργαστηρίου Οργανικής Ηλεκτρονικής και Νανοδομής και διευθυντής του MIT
Όταν οι ερευνητές δοκίμασαν τη συσκευή, διαπίστωσαν ότι μπορούσε να παράγει από μόνη της περίπου 730 watt ισχύος ανά κιλό . Όταν αναπτύχθηκε σε ύφασμα Dyneema υψηλής αντοχής , παρήγαγε 370 watt . Αυτό σημαίνει ότι έχει 18 φορές περισσότερη ισχύ ανά κιλό από τα συμβατικά ηλιακά κύτταρα.
Αυτή τη στιγμή, οι ερευνητές εργάζονται για την ανάπτυξη του κατάλληλου υλικού που θα τα προστατεύει από την υγρασία και το οξυγόνο του αέρα. Ως εκ τούτου, επικεντρώνονται στην αφαίρεση όσο το δυνατόν περισσότερου μη ηλιακά ενεργού υλικού, διατηρώντας παράλληλα το σχήμα και την απόδοση της κατασκευής.
«Η τοποθέτηση αυτών των ηλιακών κυψελών σε βαρύ γυαλί, όπως γίνεται συνήθως με τα συμβατικά, θα ακύρωνε όλη την πρόοδο της τρέχουσας εργασίας. Η ιδέα είναι να διατηρηθεί το σχήμα τους χωρίς να επηρεαστεί τίποτα από όσα έχουν επιτευχθεί μέχρι στιγμής».
Βλαντιμίρ Μπούλοβιτς, επικεφαλής του Εργαστηρίου Οργανικής Ηλεκτρονικής και Νανοδομής και διευθυντής του MIT
Οι εξελίξεις στην ηλιακή ενέργεια συνεχίζονται. Ακολουθούν μερικές από τις πιο σημαντικές του περασμένου έτους.
Δεν είναι μυστικό ότι ο καλύτερος τρόπος για να φροντίσουμε τον πλανήτη Γη είναι να επενδύσουμε σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και αυτό έχει οδηγήσει πολλούς ειδικούς να ξεκινήσουν την ανάπτυξη νέων έργων που σχετίζονται με το θέμα.
Γι' αυτό σας παρουσιάζουμε μερικές από τις πιο σημαντικές που πραγματοποιήθηκαν το 2022:
- Ανεστραμμένο πολυπυρίτιο: Μια ομάδα ερευνητών εργάζεται αυτή τη στιγμή πάνω σε αυτήν την τεχνολογία, η οποία αναμένεται να είναι έτοιμη έως το 2024. Αυτά τα ηλιακά πάνελ θα είναι αρνητικά φορτισμένα, κάτι που θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά την απόδοσή τους. Επιπλέον, αυτό θα τους παρείχε ένα επιπλέον φορτίο ηλεκτρονίων, καθιστώντας τα έως και 3,5% πιο ισχυρά από τα συμβατικά πάνελ.
- PVNB ή Φωτοβολταϊκά Ακουστικά Φράγματα: Αυτή η τεχνολογία στοχεύει στον έλεγχο του θορύβου που παράγεται από την φωτοβολταϊκή ηλιακή ενέργεια, συμβάλλοντας έτσι όχι μόνο στη δημιουργία ενός έργου ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, αλλά και στη μείωση των υψηλών επιπέδων θορύβου. Αν και δεν είναι εντελώς νέα, αποτελεί σημαντική πρόοδο σε σχέση με τα προηγούμενα μοντέλα.
- Αύξηση στο μέγεθος των κυττάρωνΤα ηλιακά πάνελ κατασκευάζονται επί του παρόντος με εξαιρετικά ραφιναρισμένο πολυπυρίτιο, αλλά σε αυτήν την περίπτωση, το υλικό διαμορφώνεται σε φύλλα που αποτελούνται από πολύ λεπτά στοιχεία. Αυτά τα στοιχεία θα έχουν μέγεθος 156 mm. Η αύξηση του μεγέθους επιτρέπει την αύξηση της απόδοσης κάθε μεμονωμένου στοιχείου.
- Υλικό περοβσκίτη: Αυτό το υλικό μπορεί να βελτιώσει την απόδοση των ηλιακών πάνελ. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή συσκευών, επομένως είναι πολύ λεπτό και διαφανές. Αυτό το ορυκτό μπορεί να εφαρμοστεί σε ηλιακούς συλλέκτες για να βελτιώσει την απόδοσή τους.
- Διπρόσωπα ηλιακά πάνελ: Τέλος, βρίσκουμε αυτά τα διπρόσωπα πάνελ που έχουν την ικανότητα να εκμεταλλεύονται το ηλιακό φως που αντανακλάται από την πλάτη τους. Αυτό τα καθιστά πιο αποτελεσματικά από τα συμβατικά πάνελ. Είναι επίσης κατασκευασμένα από διαφανή φύλλα με διπλή στρώση σκληρυμένου γυαλιού.
