Tuesday, 8 December 2009

Φωτοβολταïκή υπεροχή

Επιστήμη Υλικών
Οι ηλιακές κυψέλες καλύπτουν ακόμη μικρό μόνο ποσοστό από τις ανάγκες του ενεργοβόρου κόσμου μας, εν μέρει διότι η απόδοση της μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική δεν είναι ιδιαίτερα ικανοποιητική. Αν και τα φωτοβολταϊκά στοιχεία που κατασκευάζονται από εξελιγμένα υλικά όπως το αρσενίδιο του γαλλίου επιτυγχάνουν αποδόσεις που αγγίζουν το 30%, το απαγορευτικό τους κόστος τα καθιστά κατάλληλα μόνο για χρήση σε διαστημικές αποστολές. Οι αποδόσεις των τυπικών ηλιακών κυψελών που διατίθενται στο εμπόριο παρέμεναν εδώ και χρόνια στάσιμες, κυμαινόμενες μόλις μεταξύ του 15% και του 16%. Τους τελευταίους μήνες, όμως, αρκετές εταιρείες ανακοίνωσαν σημαντικές βελτιώσεις στην απόδοση των προϊόντων τους, οι οποίες θα μπορούσαν να καταστήσουν τις συγκεκριμένες ηλιακές κυψέλες ελκυστικότερες.

Ηλιακές μονάδες τοποθετούνται συνήθως σε περιορισμένης έκτασης χώρους, όπως οι στέγες κατοικιών. Ο Eric Daniels, αντιπρόεδρος της εταιρείας κατασκευής φωτοβολταϊκών στοιχείων BP Solar, δηλώνει πως, γι’ αυτόν ακριβώς το λόγο, πολλοί πελάτες δείχνουν διατεθειμένοι να πληρώσουν κάτι παραπάνω για κυψέλες με υψηλότερη απόδοση στη μετατροπή ενέργειας. (Τυπικά, οι ηλιακές μονάδες κοστίζουν σήμερα περί τα 4 ώς 5 δολάρια ανά βατ.) Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία που διατίθενται σήμερα στο εμπόριο βασίζονται στο κρυσταλλικό πυρίτιο. Καθώς το φως προσπίπτει στον ημιαγωγό (πυρίτιο), διεγείρει τα ηλεκτρόνιά του. Τα διεγερμένα ηλεκτρόνια, με τη σειρά τους, κινούνται προς το ένα από τα δύο ηλεκτρόδια, παράγοντας ηλεκτρικό ρεύμα. Για να αυξήσουν την απόδοση, οι κατασκευαστές πρέπει είτε να επιτύχουν μεγαλύτερη απορρόφηση του προσπίπτοντος ηλιακού φωτός είτε να περιορίσουν δραστικά τις απώλειες ισχύος που οφείλονται στις ηλεκτρικές αντιστάσεις. Στην προσπάθειά τους να πραγματοποιήσουν τον περιπόθητο στόχο, οι εταιρείες μετέρχονται διάφορες μεθόδους. Μία από αυτές είναι να κάνουν την οπίσθια επιφάνεια της κυψέλης εσωτερικά ανακλαστική, έτσι ώστε μέρος του φωτός να περνά από την κυψέλη δύο φορές. Μια δεύτερη συνίσταται στην επικάλυψη της επάνω επιφάνειας της κυψέλης με ένα στρώμα άμορφου πυριτίου, το οποίο απορροφά καλύτερα το ηλιακό φως απ’ ό,τι η κρυσταλλική μορφή.

Τον Μάρτιο, η BP Solar ανακοίνωσε την ανάπτυξη μιας φωτοβολταϊκής κυψέλης με απόδοση 18,3%. Τον ίδιο μήνα, η Sanyo παρουσίασε μια ηλιακή κυψέλη με απόδοση 19,5%. Και τον Μάιο, η Sunpower Corporation, που είναι εγκατεστημένη στο Σάνιβεϊλ της Καλιφόρνιας, επαιρόταν ότι κατάφερε να κατασκευάσει ηλιακές κυψέλες με αποδόσεις οι οποίες υπερβαίνουν το 20%.

Η υπεροχή της Sunpower οφείλεται εν μέρει στη μοναδική σχεδίαση της κυψέλης οπίσθιας επαφής. Οι περισσότερες ηλιακές κυψέλες φέρουν στην εμπρόσθια όψη τους ένα λεπτό δίκτυο συρμάτων τα οποία απάγουν το ρεύμα που παράγεται εντός του ημιαγωγού. Όσο λεπτά κι αν είναι, τα σύρματα αυτά καταλαμβάνουν πολύτιμο χώρο που θα μπορούσε να χρησιμεύει για τη συλλογή φωτός. Η Sunpower, λοιπόν, μετέφερε τα σύρματα και τις επαφές σύνδεσης στο πίσω μέρος.

Στην πρώτη πραγμάτωση της σχεδιαστικής αυτής σύλληψης με την οποία εξοπλίστηκε το Helios, το μη επανδρωμένο αεροπλάνο της NASA που κινούνταν με ηλιακή ενέργεια, οι κυψέλες οπίσθιας επαφής της Sunpower λειτουργούσαν με απόδοση 23%. (Το Helios συνετρίβη στον Ειρηνικό Ωκεανό τον περασμένο Ιούνιο, αλλά η NASA απέκλεισε το ενδεχόμενο να ευθύνονται γι’ αυτό οι ηλιακές κυψέλες.) Η εταιρεία αναγκάστηκε να θυσιάσει μερικές ποσοστιαίες μονάδες απόδοσης για να φέρει τις κυψέλες της στα μέτρα της μαζικής παραγωγής, ρίχνοντας τις τιμές ακριβώς τόσο όσο χρειαζόταν για να προσελκύσει τους πρώτους αγοραστές που είναι πρόθυμοι να ξοδέψουν αρκετά. Η εταιρεία σχεδιάζει να ξεκινήσει την παραγωγή της νέας κυψέλης μέσα στην ερχόμενη χρονιά.

Scientific American

2 comments: