Napelemes ablakok, intelligens üvegek

Merész tervvel álltak elő az ausztrál Queenslandi Műszaki Egyetem kutatói: átlátszó napelemből készítik el a házak ablakait. A napelem a ráeső fény egy részéből energiát termel és ellátja a hagyományos üvegablak szerepét is, beengedi a fényt a lakásba. Átlátszó napelemük halványrózsaszín árnyalatú, tehát az ablakon kinézve rögtön jókedvünk kerekedik, rózsaszínben látjuk a világot.

A napenergia hasznosítása, a fényből elektromos energiát előállító napelemek gyártása hatalmas üzlet. 2007-ben a napenergia-cégek közel 12 milliárd dollárt vontak be tőzsdéken hitelekből és kockázati tőkealapoktól. Az iparág évente átlagosan 40%-kal nő. A napenergia költsége folyamatosan csökken, az 1980. évi 21,8 dollárcent/wattról 2005-re 2,7 cent/wattra esett, a következő évtized közepén pedig várhatóan a hálózatra termelő nagy erőművek áraival fog versenyezni.

Kísérletek más anyagokkal

A piac 90%-ban szilícium-napelemeket használ. Ezeknél már nem lehet jelentős hatásfokjavulásra számítani, csúcsteljesítményükhöz közel működnek. Ígéretes laboratóriumi kísérletek folynak más anyagokkal, amelyektől a szilíciummal elért hatásfok megduplázását remélik. Műanyag napelemekkel a mai költség töredékéért lehet majd energiát termelni.

A napsugárzás különböző energiájú (hullámhosszú) sugárzások egyvelege. Különböző hullámhosszakon más-más félvezető anyagok alakítják leghatékonyabban elektromossággá a beeső fényt, ezért építenek szendvics-szerkezetű, többrétegű napelemeket, az eltérő kristályszerkezetű anyagok pontos egymásra illesztésének nehézsége azonban korlátozza az optimális szerkezet kialakítását.

A szilícium-napelem rendszerint egyetlen fotont nyel el, és ezzel egyetlen elektron nyerhető. Sokan foglalkoznak olyan anyagok keresésével, amelyekben egyetlen foton elnyelését több elektron kilépése, tehát erősebb áram követi. A folyamat megvalósulhat kvantumpöttyökben, nanoméretű félvezető részecskékben (ólom-szelenid, indium-arzenid kvantumpöttyökkel kísérleteznek). Az ausztrál kutatók által kikísérletezett anyagról egyelőre keveset tudni, annyit, hogy a fényelnyelést felerősítő festékanyagba titán-dioxidot kevertek. A napelem által termelt energia felhasználható a ház működtetésére, hűtésére, fűtésére, sokféle eszköz működtetésére.

Intelligens üveg

Angol kutatók néhány éve különleges tulajdonságú, a hősugarakat kizáró, de a fényt beengedő intelligens üveget fejlesztettek ki. A különleges bevonat 29 Celsius-foknál lép működésbe. A vanádium-oxid alapú bevonat válogat a beérkező elektromágneses hullámok között: a látható fény tartományába eső hullámokat változatlanul átengedi, az infravörös hullámokat viszont visszaveri. A vanádium-oxid csak egy adott hőmérsékleti küszöb felett viselkedik így, a küszöbérték alatti hőmérsékleten a hő- és fénysugarakat egyaránt beengedi. Ez teszi igazán hasznossá, hiszen így egy napos téli délelőttön beengedi a hősugarakat is, viszont a nyári forróságban csak fény juthat be. Az alkalmazhatóság szempontjából a küszöbérték helyes beállítása a döntő, ezt megfelelő mennyiségű volfrám hozzáadásával érték el. A rózsaszín napelem-üveggel összevetve ez a megoldás kevésbé szép, mivel az üveg sárgászöld színű.

Kimeríthetetlen energiaforrás

A kitermelhető olajkészletekben rejlő összes energiának megfelelő mennyiséget a Nap másfél nap alatt sugározza a Földre. Az emberiség évi energiafogyasztása egyetlen órányi napsugárzásnak felel meg. Hatalmasak tehát a kihasználható lehetőségek. A napenergia többféle módon hasznosítható: napelemekben közvetlenül elektromossággá alakítható, természetes vagy mesterséges fotoszintézis révén üzemanyagokat lehet előállítani, és a napfénnyel hőt is termelhetünk.

Napelemes napellenzők egy washingtoni iroda ablakán

Ma a világ elektromosenergia-termelésében mindössze 0,015%-os részarányt képvisel a napfényből nyert energia, míg a hőtermelésben 0,3%-ra tehető a részesedése. A természetes fotoszintézis révén keletkezett biomassza az emberiség energiaigényének 11%-át elégíti ki, de az elégetett fák kétharmada helyett nem ültetnek újat, és a tüzelés is zömmel kis kályhákban történik, rossz hatásfokkal. Energiatermelésünk 80-85%-ban a fosszilis források hasznosítására épül, s eközben a források fogyóban vannak, eloszlásuk pedig egyenetlen. Felhasználásuk üvegházhatású gázok kibocsátásával jár. A napsugárzás fotonjaira építő energiatermelés viszont nem befolyásolja az éghajlatot, mindenütt rendelkezésre áll, kimeríthetetlen, ezért vonzó energiaforrás.