Sunčevi paneli već su neko vrijeme prisutni, ali materijali izrađeni od njih čine ih nesposobnima pretvoriti više od četvrtine sunčeve energije u korisnu električnu energiju. Prema izračunima MIT-a, prosječna kuća u sunčanoj Arizoni i dalje treba oko 574 četvornih metara solarnih panela (pod pretpostavkom da je oko 15 posto učinkovitosti) da bi zadovoljila svoje dnevne energetske potrebe. U hladnom i sivo zimskom Vermontu, istoj kući trebalo bi 861 četvornih metara. To je puno oplata.
Zato istraživači MIT-a eksperimentiraju s potpuno novim postupkom pretvaranja sunčeve svjetlosti - onom koji koristi ekstremno visoke temperature za povećanje učinkovitosti. Ako djeluje u velikoj mjeri, mogli bismo u narednim godinama vidjeti učinkovitije solarne panele, što potencijalno mijenja igru za solarnu energiju.
„Svojim istraživanjem pokušavamo odgovoriti na osnovna ograničenja pretvorbe fotonaponske energije“, kaže David Bierman, jedan od istraživača koji vodi projekt.
Tehnologija sunčevu svjetlost pretvara u toplinu, a zatim pretvara toplinu u svjetlost. U postupku se koristi svojevrsni koncentrator svjetla koji se naziva "apsorber-odašiljač" s apsorbirajućim slojem čvrstih crnih ugljikovih nanocjevčica koje sunčevu svjetlost pretvaraju u toplinu. Kad temperature dosegnu 1.000 Celzijevih stupnjeva (vruće poput lave iz mnogih vulkana, samo da bih vam dao predodžbu), emitirani sloj, izrađen od fotonskog kristala, vraća energiju natrag kao vrstu svjetlosti koju solarna ćelija može koristiti.
Optički filter odražava sve svjetlosne čestice koje se ne mogu koristiti, postupak nazvan "recikliranje fotona". To dramatično povećava učinkovitost, čineći stanice čak dvostruko učinkovitijima od postojećih.
U potpunosti, tehnologija je prozvana "vrućim solarnim ćelijama". Ove stanice nedavno su nazvane jednim od 10 probojnih tehnologija MIT Technology Review -a. "Urednici u publikaciji ovaj popis sastavljaju godišnje od 2002. godine. Ove godine tehnologije se, od implantata mozga do samovozećih kamiona do kamera sposobnih snimanja selfija u 360 stupnjeva, „utjecati će na ekonomiju i našu politiku, poboljšati medicinu ili utjecati na našu kulturu“, prema MIT Technology Review . "Neki se sada odvijaju, drugima će trebati desetljeće ili više da se razviju", kažu urednici. "Ali ti bi o svima njima trebao znati odmah."
Crne nanocjevčice čine sloj apsorber-odašiljača na ploči. (MIT) Tehnologija je superiorna standardnim solarnim ćelijama na vrlo osnovnoj razini. Poluvodički materijal standardnih stanica, koji je gotovo uvijek silicij, općenito uzima samo svjetlost od ljubičastog do crvenog spektra. To znači da se gubi ostatak spektra sunčeve svjetlosti. Zbog ovog temeljnog problema, solarne ćelije mogu pretvoriti samo oko trećine energije sunčeve svjetlosti u električnu energiju. Ta gornja granica, najveća teorijska učinkovitost solarne ćelije, naziva se Shockley-Queisserova granica. Solarni paneli napravljeni za kućnu upotrebu obično pretvaraju daleko manje od Shockley-Queisser granice, jer su najučinkovitiji materijali i dalje izuzetno skupi. Ali s vrućim solarnim ćelijama, ta bi granica, koja postoji već više od 50 godina, mogla biti povijest.
U ovom trenutku, istraživači imaju samo prototip. Prošlo bi desetljeće ili više prije nego što ove vruće solarne ćelije vidimo na tržištu. Trenutno su materijali toliko skupi da bi bilo teško pretvoriti ćelije u ploče veličine potrebne za komercijalnu upotrebu.
"Trebat ćemo riješiti čitav niz problema povezanih s povećanjem uređaja kako bismo ustvari generirali snage koje su korisna rješenja za ljude i njihove probleme", kaže Bierman.
Bierman i njegovi kolege na projektu, Andrej Lenert, Ivan Celanović, Marin Soljačić, Walker Chan i Evelyn N. Wang, optimistični su da mogu prijeći te granice. Također se nadaju da će smisliti kako pohraniti dodatnu toplinu za kasniju upotrebu. To bi moglo značiti čistu energiju u najluđim zimskim danima. Čak i u Vermontu.
