Polacy coraz bardziej przekonują się do instalacji paneli fotowoltaicznych. Kupujący najczęściej kierują się chęcią uniezależnienia od rosnących cen energii. Nie bez znaczenia jest też to, że fotowoltaika jest przyjazna dla środowiska naturalnego. Jak to działa? Skierowane w stronę słońca panele zamieniają energię z promieni słonecznych w prąd elektryczny. Kluczową rolę w tym procesie odgrywają ogniwa fotowoltaiczne.

Energia słoneczna nie tylko ze światła

Logicznie myśląc, panele fotowoltaiczne działają tylko za dnia. Na razie tak, ale naukowcy już pracują nad urządzeniem, które pozwoli pobierać energię od Słońca także nocą. Jak to możliwe? Poza światłem słonecznym źródłem energii może być też ciepło. Nagrzana ziemia emituje je do atmosfery po upalnych dniach.

Badacze z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii zakończyli testowanie urządzenia, które przekształca promieniowanie podczerwone w energię elektryczną. Zastosowana technika wykorzystująca tzw. diody termoradiacyjne jest podobna do tej znanej między innymi z gogli noktowizyjnych.

– Na przełomie XVIII i XIX wieku odkryto, że wydajność silników parowych zależała od różnicy temperatury urządzeń. Tak narodziła się termodynamika. Te same zasady dotyczą energii słonecznej – tłumaczy Nicholas Ekins-Daukes, lider zespołu badawczego.

Panele fotowoltaiczne na świecie. / fot. Thomas Winz/Getty Images

Ilość energii wytworzonej podczas badania jest niewielka. W przybliżeniu odpowiada 0,001% mocy ogniwa słonecznego. Jednak już samo potwierdzenie koncepcji produkcji energii z ciepła jest znaczące dla nauki i dalszego rozwoju przemysłu fotowoltaicznego.

– Nie mamy jeszcze cudownego materiału, który sprawi, że dioda termoradiacyjna stanie się częścią powszechnie stosowanych instalacji. Ale sprawdziliśmy zasadę i nie możemy się doczekać, aby sprawdzić, jak bardzo możemy poprawić ten wynik – dodaje Nicholas.

Jakie panele fotowoltaiczne działają w nocy?

Podobne badania są prowadzone równolegle na amerykańskim Uniwersytecie Stanforda. Naukowcy zmodyfikowali dostępne na rynku panele fotowoltaiczne i udowodnili, że nocą także mogą one produkować energię. Jest to możliwe dzięki zjawisku nazywanemu chłodzeniem radiacyjnym. Każdy z nas dobrze zna ten proces. Doświadczamy go wiosną i latem, kiedy wieczory są chłodniejsze od dnia. Wówczas nagrzana Ziemia oddaje ciepło w postaci promieniowania podczerwonego, emitowanego w kierunku znacznie chłodniejszego nieba.

Panele zwrócone do nieba emitują wiec ciepło w przestrzeń kosmiczną. To oznacza, że mogą stać się chłodniejsze niż otoczenie. Efekt ten można zastosować do chłodzenia budynków oraz, jak odkryli naukowcy, do wytwarzania energii elektrycznej.

Powstaje ona dzięki generatorowi termoelektrycznemu. Produkuje on prąd, wykorzystując różnice temperatur. Gdy ciepło przepływa z nagrzanego panela do otoczenia, jego część można zamienić w elektryczność. Takie rozwiązanie najlepiej sprawdza się w bezchmurne noce, gdy ciepło z paneli może swobodnie uciekać w kierunku nieba.

Na razie generator termoelektryczny na panelach wytwarzał ok. 50 miliwatów energii na metr kwadratowy. To bardzo mało. Ale w teorii można by tak uzyskać nawet 2 waty na metr kwadratowy – twierdzą uczeni. A to już wystarczająco dużo, by zwiększyć wydajność paneli. Produkcja energii odnawialnej w nocy oznacza też, że mniej potrzebne byłby jej magazyny, takie jak akumulatory czy baterie grawitacyjne.

Czy nocne panele fotowoltaiczne to nasza przyszłość?

Prowadzący badania Shanhui Fan podkreśla, że modyfikacje zostały wprowadzone do komercyjnych paneli słonecznych. To oznacza, że teoretycznie technologia może być szeroko stosowana. Jak na razie zdania naukowców są jednak podzielone. Niezaangażowany w badania Geoff Smith, emerytowany profesor fizyki stosowanej na Uniwersytecie Technologicznym w Sydney, ma wątpliwości co do tego, czy chłodzenie radiacyjne kiedykolwiek będzie opłacalnym ekonomiczne źródłem energii.

– Takie rozwiązania są fascynujące z naukowego punktu widzenia, ale rzadko znajdują zastosowanie w praktyce – komentuje na łamach serwisu Cnet.com. Zarówno naukowcy z USA, jak i z Australii nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa. Kolejne badania mają usprawnić proces pozyskiwania energii ze „zbędnego” ciepła.

Źródła: ACS Publications, Applied Physics Letters.