Vedci naučili solárne panely “potiť sa” a prínos bol ohromujúci
Každý, kto sa v horúcom letnom dni dotkol tmavého auta, pozná jednoduchý fyzikálny princíp: tmavé povrchy pohlcujú slnečné svetlo a premieňajú ho na teplo. Solárne panely, ktoré sú navrhnuté tak, aby pohlcovali čo najviac slnečného žiarenia, čelia presne tomu istému problému. Toto teplo však nie je len nepríjemnosťou; je priamym nepriateľom ich efektivity. Účinnosť typického kremíkového solárneho článku klesá približne o 0,45 % s každým stupňom Celzia nad optimálnu prevádzkovú teplotu 25 °C.
V reálnych podmienkach to môže znamenať značnú stratu výkonu. Tým vzniká zásadný paradox: miesta s najväčším solárnym potenciálom, ako sú horúce a slnečné púšte, sú zároveň miestami, kde panely trpia najväčším znížením výkonu v dôsledku extrémneho tepla. Práve na riešenie tohto problému sa zamerali vedci z Univerzity kráľa Abdulláha pre vedu a techniku (KAUST) v Saudskej Arábii a prišli s inovatívnym riešením, ktoré je nielen účinné, ale aj pozoruhodne jednoduché a inšpirované prírodou.
Ich riešenie využíva princíp odparovacieho chladenia, ktorý je nám všetkým dobre známy z vlastnej skúsenosti – potenia. Keď sa voda odparuje z povrchu (mení sa z kvapaliny na plyn), odoberá energiu zo svojho okolia vo forme tepla, čím povrch ochladzuje. Tím z KAUST vyvinul špeciálny kompozitný materiál, ktorý tento proces aplikuje na solárne panely. Tento materiál je hydrogél zložený z dvoch kľúčových zložiek: polyakrylátu sodného, lacného a superabsorpčného polyméru, a chloridu lítneho, čo je hygroskopická soľ, ktorá extrémne silno priťahuje vodu.
Chlorid lítny aktívne „nasáva“ vlhkosť zo vzduchu, zatiaľ čo polyakrylátová matrica túto vodu a soľ bezpečne uzamyká v gélovej štruktúre, čím zabraňuje únikom a degradácii materiálu. Skutočná elegancia tohto riešenia spočíva v jeho úplne pasívnom 24-hodinovom cykle. V noci, keď teplota klesá a relatívna vlhkosť vzduchu stúpa, hygroskopický materiál absorbuje vodnú paru priamo z atmosféry. Cez deň, keď slnko začne panely zohrievať, táto naakumulovaná voda sa začne odparovať, čím panel aktívne ochladzuje.
Systém teda nepotrebuje žiadny externý zdroj vody ani energie – na svoju prevádzku využíva prirodzený denný a nočný rytmus. Výsledky testov v drsných podmienkach saudskej púšte sú ohromujúce. Panely vybavené týmto chladiacim materiálom boli v priemere o 9,4 °C chladnejšie ako bežné panely.
Tento zdanlivo malý teplotný rozdiel viedol k dramatickému zlepšeniu výkonu: produkcia elektrickej energie sa zvýšila o viac ako 12 % (niektoré zdroje uvádzajú až 12,9 %), životnosť panelov sa predĺžila o viac ako 200 % (čo znamená strojnásobenie životnosti) a celkové náklady na výrobu elektriny (LCOE) klesli takmer o 20 %. Aby sme pochopili význam tejto inovácie, je užitočné porovnať ju s inými pasívnymi metódami chladenia.
Radiačné chladenie (PDRC) využíva špeciálne povrchy, ktoré odrážajú slnečné svetlo a zároveň vyžarujú teplo do chladného vesmíru, no je menej účinné vo vlhkom prostredí. Materiály s fázovou zmenou (PCM), ako napríklad vosk, absorbujú teplo pri topení, ale majú obmedzenú kapacitu. Kovové rebrá a chladiče zväčšujú povrch pre odvod tepla, no ich účinnosť závisí od prúdenia vzduchu. Hydrogél z KAUST tak predstavuje mimoriadne praktický a účinný nástroj, najmä pre prostredia, kde je najviac potrebný.
Prínosy tejto technológie nie sú len sčítateľné, ale násobia sa. Zvýšenie účinnosti a životnosti má zložený efekt, ktorý výrazne ovplyvňuje ekonomickú a environmentálnu stopu solárnej energie. Zvýšenie výkonu o 12 % znamená, že na vybudovanie elektrárne s danou kapacitou je potrebných približne o 11 % menej panelov. To priamo znižuje počiatočné investičné náklady, nároky na pôdu a množstvo materiálov a emisií spojených s výrobou.
Strojnásobenie životnosti (napríklad z 25 na 75 rokov) znamená, že počiatočné náklady sa rozložia na trikrát dlhšie obdobie generovania príjmov, čo dramaticky znižuje cenu za vyrobenú kilowatthodinu. Tieto dva efekty spoločne vedú k výraznému poklesu celkových nákladov na elektrinu.
Táto jednoduchá, lacná a škálovateľná technológia by tak mohla znamenať prelom. Tým, že robí solárnu energiu podstatne efektívnejšou a nákladovo dostupnejšou v najslnečnejších (a často rozvojových) regiónoch sveta, môže urýchliť globálny prechod od fosílnych palív a prispieť k energetickej nezávislosti a udržateľnejšej budúcnosti.
Zdroj: thecooldown.com.
Zdroj Foto: depositphotos.com.
