Obnovitelné zdroje

Článků v rubrice: 205

Solární články kopírují rostliny

Křemíkové fotovoltaické panely zdobí střechy budov a fotovoltaických elektráren jako praktický zdroj solární energie teprve dvě desítky let. Svým způsobem kopírují „zelenou“ přírodu, která k chodu veškerého života na Zemi cestou fotosyntézy využívá sluneční energie, a to už nejméně 3 miliardy let. Tato příbuznost inspirovala roku 1990 švýcarského profesora Michaela Grätzela k pokusům s články, které by přechod mezi polovodiči P-N v křemíkové vrstvě nahradily podobným způsobem tak, jako to dělají membrány rostlinných buněk.

Fotogalerie (6)
Profesor Michel Grätzel (nar. 1944 v Drážďanech) se svým „rekordním” článkem s účinností 14,1 %. (fotoarchiv autora)

Ve své laboratoři na Lausannské univerzitě spolu s americkým kolegou Brianem O’Reganem sestavili článek, v němž je mezi dvěma skleněnými deskami sotva 10 mikrometrů tenká vrstvička oxidu titaničitého s barvivem na bázi ruthenia v kapalném jódovém elektrolytu a hraje roli obdobnou funkci membrány rostlinných buněk chlorofylu.

Tenkovrstvá generace solárních článků přinesla řadu výhod

Článek patentovaný roku 1992 funguje tak, že fotony slunečního světla po průniku sklem uvolní z molekul barviva volné elektrony, které procházejí od záporné elektrody vnějším okruhem přes užitečnou zátěž jako elektrický proud ke kladné elektrodě a regenerují molekuly barviva v roztoku jódu. Tak se před 20 lety otevřela cesta k tenkovrstvé generaci solárních článků.

Účinnost přeměny světla v elektřinu zprvu nepřekročovala 5 %, ale nové články slibovaly ve srovnání s křemíkovou „konkurencí” řadu předností. Oproti křemíku je oxid titaničitý běžný a v potřebné čistotě mimořádně levný (používá se např. jako přísada do nátěrů a zubních past). Na druhé straně cenu křemíku však zvyšuje nutnost extrémního čištění. Články pracují i při nepřímém a difúzním světle, takže mohou generovat elektřinu i při zatažené obloze nebo z umělého osvětlení v místnostech. Na rozdíl od křemíkových článků jejich účinnost při zahřátí nad 65 °C neklesá.

Grätzelovy články

Profesor Grätzel propagoval po sobě pojmenované články na přednáškových turné (mj. v červnu 2008 i v Praze na Heyrovského ústavu AV ČR), získal pro ně podporu vědeckých ústavů i hlavních výrobců fotovoltaiky, a neustále je zdokonaluje. Zdrsněním povrchu a nakonec nanotechnologickými postupy dokázal zvýšit aktivní plochu reagujícího barviva více než tisícinásobně. V optimalizaci barviva mu pomohla švýcarská společnost Sandoz, v utěsnění skel článků sklárna Glasrösch. Vývoji tenkých organických článků i v podobě fólií se začala věnovat špičková pracoviště světových výrobců.

V současné podobě Grätzelovy články, označované v odborné literatuře též jako DSC nebo DYSC (Dye-sensitized solar cells), využívají struktury z jódového elektrolytu a vrstvy přírodního barviva na nanotrubičkách oxidu titaničitého (TiO). Když na článek zasvítí slunce, fotony projdou průhlednou katodou nanesenou na krycím skle či filmu a z barviva vyrážejí elektrony; ty prolétají nanotrubičkami oxidu titaničitého k záporné elektrodě. Kladně nabitá „díra” v barvivu přijme elektron z jódu v elektrolytu. Kladně nabitý jódový iont pak putuje elektrolytem ke kladné elektrodě, kde přijme elektron a cyklus se opakuje. Teoreticky by účinnost přeměny světla v elektřinu mohla dosáhnout až 33 %. Letos v červenci se v Lausannské laboratoři podařilo týmu prof. Grätzela dosáhnout u velmi tenkého průsvitného článku účinnosti 14,1 %!

Využití v mikroelektronice i ve stavebnictví

Prodejem licence a přímou spoluprací s celosvětovými firmami a vědeckými ústavy se profesoru Grätzelovi podařilo vylepšit kritizovanou nízkou stabilitu (ztrátu na účinnosti) až na 40 let, a prosadit je nejen jako solární zdroje elektřiny, ale i jako revoluční stavební prvek. Jako napájecí zdroj uspokojí i současnou mikroelektroniku. Závod G4 v anglickém Cardiffu např. vyrábí fóliové články, u kterých výkonnost 1 W přijde údajně na 1 dolar – tj. je 5× levnější, než v křemíkové technologii.

Australská společnost Dyesol již pátým rokem vyrábí skleněné dlaždice generující elektřinu a okna měnící barvu. Frauenhoferův Institut a americká Konarka připravují solární fasádové moduly o ploše až 1 m2. Mohou mít jakoukoliv barvu a ve stavebnictví začínají konkurovat černým ohebným solárním křemíkovým fóliím. Průsvitnost jim otevírá cestu k vývoji a výrobě barevných „inteligentních” oken a fasád. Ve dne mohou stínit sluneční paprsky a současně produkovat elektřinu a změnou barvy měnit vzhled budov. Účinnost a stabilitu bude možné ještě zvýšit dalšími technologiemi, které například pomocí tzv. kvantových teček usměrní dopadající záření ještě intenzivněji na aktivní vrstvu barviva.

Jan Tůma
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Co nám při prohlížení webu zvedá tlak

Téměř všichni z nás každý den z nejrůznějších důvodů používáme různé webové stránky. Samozřejmě chceme, aby naše uživatelská zkušenost byla pozitivní a pokud možno bezchybná.

Centrum pro testování technologie samořiditelných vozidel

Jaguar Land Rover plánuje spolupracovat s nejrenomovanějšími světovými softwarovými a telekomunikačními společnostmi a firmami zabývajícími se mobilitou na vytvoření tzv.

Chladicí systém ITER

Pro odvod tepla generovaného během provozu tokamaku bude ITER vybaven systémem chladicí vody. Vnitřní povrchy vakuové nádoby (obal a divertor) se musejí chladit na přibližně 240 °C jen několik metrů od plazmatu horkého 150 milionů stupňů.

Zájemci o energetiku mohou poprvé on-line do elektráren ČEZ

Až na dno jaderného reaktoru nebo na vrchol větrné elektrárny! Ani omezení v boji s koronavirem neznamenají stopku návštěvám energetických provozů, alespoň ne těm virtuálním.

Závod o největší větrnou turbínu světa

V současné době probíhá ve světě závod o sestrojení největší větrné turbíny. Odehrává se zejména mezi evropskými, americkými a čínskými výrobci.

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail