Így lehetne a pincébe is napelemet szerelni

Nanotechnológiás napraforgóval fokoznák a napelemek hatékonyságát svájci és amerikai mérnökök. Az úgynevezett fényvezető optofluid alkalmazásával olcsón, elromló mechanikai alkatrészek nélkül lehet koncentrálni és továbbítani a begyűjtött fényt. Így az elem élettartama és hatásfoka is többszörösére nőhet, ami csökkenti a fajlagos költségeket, és új távlatokat nyit a megújuló energia felhasználásában.

A napelem akár a pincébe is telepíthető, ha fényvezető optofluid alkalmazásával továbbítják oda a tetőn begyűjtött fényt. A napfény koncentrálásával és pontos irányításával nagymértékben fokozható a biomassza-erőművek és a napelemek hatékonysága, valamint új technológiák kifejlesztésére is lehetőség nyílik - írja a Nature Photonics tudományos folyóirat októberben megjelenő számában Demetri Psaltis, a svájci Lausenne-ban található Műszaki Főiskola (EPFL) mérnöki karának dékánja. Az optofluid elnevezés az optika és a mikrofluid kifejezések ötvözésével született.

A megoldás úgy működik, hogy a fényt nanoátmérőjű kapillárisokban keringő folyadék továbbítja a forrástól a célig. (A nanométer a méter egymilliárdod része.) A fény sebességét Léon Foucault határozta meg 1850-ben, és azt is megállapította, hogy a fény lassabban halad a vízben, mint a levegőben. Ezen a jelenségen alapulnak az EPFL kísérletei, amelyek célja az energiatermelés forradalmasítása.

A hagyományos napkollektorokban a koncentrált sugarak melegítik föl a csövekben keringő vizet, amelyet többféle célra lehet felhasználni: lehet mosdani vagy mosogatni a meleg vízzel, de ha kellően forró, be lehet vezetni a központi fűtés csőhálózatába is. A biomassza-erőművekben pedig a napfény erejével alakítják a vizet és szén-dioxidot metánná, majd ebből gázturbinával áramot fejlesztenek. Mindkét technológia az optofluidok alapelvén - a fény és a hőt átadó transzferfolyadék manipulációján - nyugszik, de a mikro- és nanotechnológia kínálta precizitás nélkül.

A most kísérleti szakaszban járó eljárással például megvalósítható, hogy a tetőn felállított, optofolyadékkal teli gyűjtőállomás kövesse a nap járását, és folyamatosan ahhoz igazítsa a folyadék fénytörési szögét a hatékonyság fokozása érdekében. Az így koncentrált fényt fénycsatornák vagy optikai kábelek is továbbíthatják a helyiségek világítótesteihez, a légtisztító szűrőkhöz vagy a napelemekhez. Az ilyenformán ellátott napelemeket immár bárhol fel lehet szerelni az épületben, akár a pincében is: az időjárás viszontagságaitól védetten a berendezéseknek megsokszorozódik az élettartama, valamint a nanotechnológia révén egy egységnyi felületen nagyságrendekkel több szenzor helyezhető el, ami jelentősen megnöveli a teljesítményüket.

Az EPFL mérnökeinek javaslata az energiatermelésre. A folyékony prizma költséges mechanika nélkül követi a nap járását (1). Az egy irányból érkező napsugarakat a Fresnel-lencse az optofolyadékkal ellátott reaktorra összpontosítja (2), a napfény így nagy hatékonysággal a vizet és a szén-dioxidot metánná és oxigéngázzá bontja (3). A hatékonyságot fokozza, hogy a reaktor nanocsövei jelentősen megnövelik azt a felületet, amelyen a reakció végbemegy (4).

Az újfajta megoldás akképpen küszöböli ki a bejövő fénymennyiség ingadozását (például felhős időben), hogy az electrowettingnek (elektromos nedvesítésnek) nevezett eljárással lényegében keringeti a fényt a rendszerben. A folyékony tranzisztornak is nevezett készülék működése a következő: a hajszálvékony fénycsatorna külsejére egy apró vízcseppet juttatnak, amelyben az elektromos impulzus mikroáramlást kelt, ami a csepp falához préseli az ionokat. Ezáltal megváltozik a vízcsepp felületi feszültsége, alakja megnyúlik, hozzáér a szomszédos fénycsatornához - és máris létrejött a kapcsolat. A csepp fényhídként közvetít a két párhuzamos fénycsatorna között, ráadásul az azokban áramló fény mennyisége pontosan szabályozható az impulzusok módosításával.

"Az energiaszektor részeként az optofluid technológiának azzal a kihívással kell szembenéznie, hogy a nano- és mikroszinten már működőképes fény- és folyadékszabályozást hogyan lehet a lakosság energiaigényét kielégítő, ipari méretekben alkalmazni" - mondta David Erickson, a Cornell Egyetem nanotechnológiával foglalkozó professzora, az EPFL vendégelőadója. "Az átlagos teljesítményű asztali számítógépek seregéből fölépülő szuperszámítógép-hálózatokhoz hasonlóan az optofluid technológiával is hasonlóan járhatunk el, azaz milliónyi nanoméretű folyékony chip integrálásával alakítjuk ki a hagyományos teljesítményű erőművet" - magyarázta Erickson.

Minél több optocsatorna helyezhető el egységnyi felületen, annál több reakció keletkezik, tehát az a cél, hogy jelentősen lekicsinyítsék a folyékony chipeket. Ez csökkentheti a fajlagos költségeket, hiszen a teljesítmény fokozásához nem szükséges a létesítmény méretét vagy a kiszolgáló személyzet számát növelni. A flexibilis optofluid csövek oda koncentrálják a fényt, ahová szükséges, ezzel ugrásszerűen javíthatják a hagyományos napcellák kapacitását. Sőt ezáltal kiküszöbölhető a káros direkt napsugárzás, a cella hőfokával ugyanis fordítottan arányos a teljesítménye. Ugyanannyi energia megtermeléséhez ráadásul lényegesen kisebb katalizátorfelület is elegendő - márpedig ez a napelem legdrágább része.