Τα νέα ηλιακά κύτταρα συνεχίζουν να συλλέγουν ενέργεια ακόμα και τις συννεφιασμένες μέρες
Όσο χρήσιμα κι αν είναι τα ηλιακά πάνελ, ένα από τα πιο συνηθισμένα ζητήματα που αντιμετωπίζουν είναι η έλλειψη ηλιακού φωτός τις συννεφιασμένες μέρες. Αυτό θα μπορούσε σύντομα να πάψει να είναι τόσο μεγάλο πρόβλημα, χάρη σε ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας που κατάφεραν να κατασκευάσουν ηλιακά κύτταρα που λειτουργούν ακόμη και σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού.
Οι ερευνητές κατάφεραν να κατασκευάσουν ένα ηλιακό κύτταρο με βάση τα βακτήρια, το οποίο έδωσε σε αυτά τα κύτταρα την ικανότητα να λειτουργούν αποτελεσματικά σε διάφορες συνθήκες φωτισμού.
Δημιουργία βιογενών ηλιακών κυττάρων
Τα ηλιακά κύτταρα είναι αυτά από τα οποία κατασκευάζονται τα ηλιακά πάνελ, τα δομικά στοιχεία της μονάδας συλλογής ηλιακής ενέργειας. Οι πραγματικές ηλιακές κυψέλες είναι αυτές που είναι υπεύθυνες για τη σύλληψη του φωτός και τη μετατροπή του σε ηλεκτρικά ρεύματα.
Υπήρξαν προηγούμενα έργα που εξέτασαν την πιθανή χρήση ηλιακών κυψελών με βάση την πραγματική ζωντανή ύλη. Αυτά τα έργα είναι γνωστά ως βιογονικά κύτταρα και λειτουργούν μιμούμενοι τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης που βρίσκεται στα φυτά, τον τρόπο της φύσης να εξάγει ενέργεια από το ηλιακό φως.
Η φωτοσύνθεση συμβαίνει στα φυτά χάρη σε ένα οργανίδιο μέσα στα φυτικά κύτταρα που ονομάζεται χλωροπλάστης, το οποίο έχει μια χρωστική ουσία γνωστή ως χλωροφύλλη. Η χλωροφύλλη και άλλες χρωστικές απορροφούν το φως σε ορισμένα μέρη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η ορατή ακτινοβολία (φως) είναι απλώς το μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που μπορούν να δουν οι άνθρωποι και η ενέργεια σε αυτά τα μήκη κύματος μπορεί να συλληφθεί από ορισμένες χρωστικές ουσίες. Δεν είναι μόνο τα κύτταρα των φυτών που μπορούν να το κάνουν αυτό. Ορισμένα βακτήρια έχουν επίσης βαφές που μπορούν να απορροφήσουν ενέργεια από το φως. Εφευρέθηκαν τεχνικές για τη χρήση γενετικά τροποποιημένων βακτηρίων και την εξαγωγή των φωτοευαίσθητων χρωστικών τους, αλλά αυτές ήταν δαπανηρές και δύσκολες διαδικασίες.
Η ομάδα του UBC χρησιμοποίησε μια απλούστερη προσέγγιση που περιλαμβάνει τη χρήση ενός στελέχους γενετικά τροποποιημένου E. coli που δημιουργεί μια χημική ουσία που ονομάζεται λυκοπένιο. Το λυκοπένιο είναι μία από τις χημικές ουσίες που είναι υπεύθυνες για να δίνουν στις ντομάτες εκεί κόκκινο/πορτοκαλί χρώμα και η χημική ουσία είναι επίσης αποτελεσματικός απορροφητής του ηλιακού φωτός. Τα κατασκευασμένα στελέχη E. coli υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με ένα ορυκτό που τους επέτρεψε να λειτουργήσουν ως ημιαγωγοί και τα επεξεργασμένα στελέχη απλώθηκαν σε μια γυάλινη επιφάνεια. Αυτό αυτοσχεδιάζει το ηλιακό κύτταρο να έχει καλή απόδοση σε εργασίες, επιτυγχάνοντας πυκνότητα ρεύματος περίπου 0,69 χιλιοστόγραμμα ανά τετραγωνικό μέτρο, που είναι περίπου διπλάσια από την απόδοση των προηγούμενων βιογενών κυττάρων.
Εφαρμογές και βελτιώσεις
Η τεχνολογία θα ήταν εξαιρετικά επωφελής για περιοχές όπως η Βόρεια Ευρώπη και ο Καναδάς που έχουν συχνά συννεφιασμένο ουρανό. Αυτή τη στιγμή, η ηλιακή ενέργεια είναι συχνά μόνο μια σοφή οικονομική επένδυση για τους ανθρώπους που ζουν σε περισσότερα μεσαία γεωγραφικά πλάτη. Η τεχνολογία θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε άλλες συνθήκες χαμηλού φωτισμού, όπως κάτω από τον ωκεανό.
Ο Vikramaditya Yadav, καθηγητής από το τμήμα βιολογικής και χημικής μηχανικής του UBC ηγήθηκε του έργου, και δήλωσε ότι το έργο ήταν ένα τεράστιο βήμα προς τα εμπρός για να γίνει η ηλιακή ενέργεια πιο ευρέως διαθέσιμη και οικονομική. Είπε ο Γιαντάβ:
Ο Yadav και η ομάδα του είναι ενθουσιασμένοι με το έργο, καθώς πιστεύουν ότι η διαδικασία είναι πολύ πιο αποτελεσματική και ουσιαστικά φθηνότερη με κόστος που υπολογίζεται περίπου στο 1/10 του τρέχοντος κόστους δημιουργίας βιογενών κυττάρων. Ενώ οι ηλιακές κυψέλες που τροφοδοτούνται από βακτήρια παρουσιάζουν σημαντική πιθανότητα, υπάρχει ακόμη πολλή δουλειά που πρέπει να γίνει για να γίνει η τεχνολογία βιώσιμη μέθοδος συλλογής ενέργειας. Επί του παρόντος, τα βακτήρια που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία πεθαίνουν μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, πράγμα που σημαίνει ότι οι ερευνητές πρέπει να δημιουργήσουν περισσότερες παρτίδες του παρασκευάσματος βακτηρίων/ορυκτών για να συνεχίσουν να παράγουν τη βαφή. Εάν η ερευνητική ομάδα καταφέρει να βρει έναν τρόπο να κρατήσει ζωντανά τα βακτήρια, θα παράγει τη χρωστική ουσία επ' αόριστον.
Οι επιστήμονες που εργάζονται σε φωτοβολταϊκά συστήματα και ηλιακά κύτταρα αναζητούν συνεχώς τρόπους για να ξεπεράσουν τους τρέχοντες περιορισμούς της τεχνολογίας ηλιακής ενέργειας, αναζητούν τρόπους για να αυξήσουν την απόδοση της μετατροπής από ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια, βρίσκοντας φθηνότερους και καλύτερους τρόπους αποθήκευσης ενέργειας και βρίσκοντας νέους τρόποι μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε διαφορετικές μορφές ενέργειας.
Ηλιακά πάνελ που λειτουργούν στη βροχή και ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη
Κινέζοι επιστήμονες κατάφεραν να αναπτύξουν ηλιακούς συλλέκτες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια κατά τη διάρκεια των βροχοπτώσεων, χρησιμοποιώντας το ίδιο το νερό της βροχής. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι εάν η κάτω πλευρά του ηλιακού κυττάρου καλυπτόταν με ένα λεπτό στρώμα γραφενίου, τα θετικά φορτισμένα ιόντα στις σταγόνες της βροχής θα αλληλεπιδρούσαν μαζί του και θα παρήγαγαν ηλεκτρισμό. Αυτή η στρατηγική χρησιμοποιεί μια χημική διαδικασία γνωστή ως αλληλεπίδραση οξέος-βάσης Lewis και όταν τα θετικά και αρνητικά ιόντα (και διαλυμένα άλατα) στις σταγόνες βροχής έρχονται σε επαφή με τη γρεναδίνη, δημιουργεί έναν προσωρινό πυκνωτή ως θετικά ιόντα στοιχείων όπως το νάτριο και το ασβέστιο προκαλούν ηλεκτρικά ρεύματα. Ο συνδυασμός της στρατηγικής με τα ηλιακά κύτταρα χαμηλού φωτισμού που βασίζονται σε βακτήρια θα μπορούσε να βελτιώσει δραματικά την ποσότητα ενέργειας που παράγουν τα ηλιακά πάνελ τις βροχερές μέρες.
Τους τελευταίους μήνες σημειώθηκαν αξιοσημείωτες εξελίξεις στην τεχνολογία ηλιακής ενέργειας. Μόλις πρόσφατα μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Surrey πέτυχε να δημιουργήσει ένα ανεστραμμένο ηλιακό στοιχείο περοβσκίτη με την υψηλότερη απόδοση που έχει καταγραφεί ποτέ. Οι κυψέλες περοβσκίτη θεωρούνται συχνά ως το επόμενο λογικό βήμα για τα ηλιακά κύτταρα, καθώς είναι σε θέση να επιτύχουν παρόμοια απόδοση μετατροπής ισχύος με τα σημερινά ηλιακά κύτταρα με βάση το κρυσταλλικό πυρίτιο, αλλά με σημαντικά χαμηλότερο κόστος από τα εν λόγω κύτταρα με βάση το πυρίτιο.
Η ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Surrey μπόρεσε να διακρίνει μια μέθοδο μείωσης της ενέργειας και της αποδοτικότητας που χάνεται σε μια διαδικασία γνωστή ως ανασυνδυασμός χωρίς ακτινοβολία. Η ομάδα μπόρεσε να αυξήσει την τάση των ανεστραμμένων κυψελών περοβσκίτη σε περίπου 100 millivolt, πράγμα που σήμαινε ότι οι κυψέλες ήταν σε θέση να φτάσουν σε ένα όριο περίπου 1,21 volt χωρίς καμία θυσία στην ποιότητα του ηλεκτρικού ρεύματος που ρέει μέσω μιας συσκευής ή στο ηλιακό κύτταρο.
