Nanotrubky vylepší solární články  
Výroba solárních článků je stále příliš drahá na to, abychom je mohli použít jako běžný zdroj energie. Vědci stále hledají nové postupy, které by zvýšily jejich užitnou hodnotu. Naposledy na pomoc povolali titanové nanotrubky a vylepšili jimi solární články, které svou funkcí napodobují fotosyntézu v rostlinách.

Drahá výroba solárních článků

Pole běžných solárních článků v Bavorském Arnsteinu produkuje až 12 MW elektrické energie

Dnešní nejlepší solární články z monokrystalů křemíku jsou velmi nákladné na výrobu a obvykle energie spotřebovaná k jejich výrobě převyšuje tu, kterou dodají během své životnosti. Udává se, že výroba jednoho metru čtverečného křemíkových solárních článků spotřebuje 5 gigajoule energie. Jejich účinnost je sice velmi dobrá -- až 30 %, ale výroba je velmi nákladná. Proto se stále více snažíme nalézt levnější způsoby výroby solárních článků založených na jiných principech. Onou alternativou mohou být plastové solární články, články ze "špinavého" křemíku nebo barvivové solární články. Posledně uvedené mají dobrou perspektivu na velké rozšíření, protože teoreticky mohou dosáhnout účinnosti až 33 % a díky nanotrubkám z oxidu titaničitého se nyní výzkumníkům podařilo dosáhnout 13 %, i když v umělých podmínkách při osvětlování UV zářením.

Barvivové solární články byly objeveny v roce 1991 týmem Michaela Graetzela.  Princip jejich funkce je někdy srovnáván s fotosyntézou v rostlinách, protože využívá výměnu elektronů v elektrolytu a přírodní barvivo. Nejvyšší Graetzelem dosažená účinnost výroby elektřiny je 10 %. I přesto zůstávají tyto články spíše laboratorní kuriozitou než běžnou záležitostí, protože se zatím nepodařilo přiblížit k teoretické hranici účinnosti 33 % a bude nutné vyřešit problémy se životností.

Nanotrubky z oxidu titaničitého zvyšují účinnost

Nanotrubky z oxidu titaničitého (Credit: Craig Grimes)

Oxid titaničitý je velmi zajímavý materiál. Je známý pro své samočisticí schopnosti ať již na vanách nebo zdech domů. Nyní se vědci rozhodli použít nanotrubky z něj vyrobené ke zvýšení účinnosti barvivových solárních článků. Ty se skládají z vrstvy elektricky vodivého skla tvořícího kladnou elektrodu, jódového elektrolytu a vrstvy přírodního barviva naneseného na oxidu titaničitém, který je spojen se zápornou elektrodou. Když na článek zasvítí slunce, fotony projdou sklem, elektrolytem a dopadnou na vrstvu barviva. Z něj vyrazí elektron a udělí mu takovou energii, že se oxidem titaničitým pohybuje tak, jako by byl vodivý a dojde na zápornou elektrodu. V barvivu po něm zůstane kladně nabitá díra, která přijme elektron z jódu v elektrolytu. Kladně nabitý jódový iont pak putuje elektrolytem ke kladné elektrodě, kde přijme elektron a cyklus se opakuje.

Oxid titaničitý ve formě nanotrubek pokrytých barvivem má oproti běžné formě malých částic výhodu ve větší ploše, na kterou mohou fotony dopadat, zachytí i fotony o nižší energii (větší vlnové délce), tvar nanotrubek také omezuje vyplňování děr po elektronech jinými vyraženými elektrony a tím se výrazně zvýší efektivita přeměny sluneční energie v elektrickou. Výzkumníci dosáhli účinnosti 3 % při délce nanotrubek 360 nm, ale jelikož jsou schopni vyrobit nanotrubky o délce až 4 tisíce nm, věří, že se jim podaří účinnost výrazně zvýšit až k hranici 15 %.

Budoucnost solárních článků
Solární články jsou velmi slibným zdrojem energie pro rozklad vody na vodík a kyslík do palivových článků vozidel budoucnosti. Jako zdroj elektřiny v spotřebitelské síti se nehodí, protože produkují stejnosměrný proud jehož konverze na střídavý je spojena s dalšími energetickými ztrátami, čímž se velmi snižuje výsledná účinnost. Například monokrystalické křemíkové články tvoří stejnosměrný proud s účinností 30 %, ale po přeměně na střídavý je to pouhých 17 %. Elektrolýza vody pro shromažďování vodíku vyžaduje proud stejnosměrný, proto jsou pro tento účel solární články vhodnější než jiné zdroje. V budoucnosti nebudeme muset jezdit s autem na vodíkovou pumpu, ale připojíme si k autu za slunečného dne vlastní solární články a dostatek paliva si sami vyrobíme.

Další informace
Titania nanotubes create potentially efficient solar cells (8. 2. 2006) - Článek o využití nanotrubek z oxidu titaničitého v barvivových solárních článcích
Dye-sensitized solar cells - Popis barvivových solárních článků na encyklopedii Wikipedia

Autor píše weblog o vědě a technice Techblog.

Datum: 10.02.2006 20:33
Tisk článku

Život v našem regionu - Hana Kühnlová
 
 
cena původní: 399 Kč
cena: 379 Kč
Život v našem regionu
Hana Kühnlová

Diskuze:

demagogie - zamer nebo neobratnost?

Jf K,2008-07-26 02:58:27

"Dnešní nejlepší solární články z monokrystalů křemíku jsou velmi nákladné na výrobu a obvykle energie spotřebovaná k jejich výrobě převyšuje tu, kterou dodají během své životnosti."

Uvedomte si, ze kdyz napisete takovouhle vetu, tak si to vetsina nepozornych ctenaru vylozi tak, ze solarni clanky vyrabi mene energie, nez se spotrebuje na jejich vyrobu. Pak se takova fama siri jako choroba po diskusnich forech. To samozrejme plati pro ty nejkvalitnejsi clanky s extremni ucinnosti (tedy presne jak jste napsali), pro kosmicke lety a podobne aplikace. To, co se pouziva v energetice jsou zcela jine clanky, typicky kdyz si vezmete klasicky 170W tenkovrstvy clanek od Evergreen Solar tak ten ma energetickou navratnost 18 mesicu a garantovany vykon 25 let a zivotnost 30 let. Nerikam, ze je to nejaky zazrak ale rozhodne je to uplne opacne nez jak to vyzniva, kdyz clanek uvedete takovou nestastnou vetou. K tem stridacum co se pretrasaji ve foru: I stridace pro male vykony mivaji 95%.

Odpovědět

Kouba CZ

Tomáš K.,2007-01-24 20:03:55

Tohle kdyby ste nás učil ve fyzice pane učiteli

Odpovědět

lepsi je DC

tomas,2006-05-16 17:15:23

Nesouhlasím s názory že je mnohem lepší přenášet střídavý proud než stejnosměrný. Toto platilo v dobách kdy elektronika byla ve vývoji, ale už to neplatí. Jkdyž si to hodně lídí neuvědomuje a to je škoda. Protože už v této době by pro nás byl výhodnější stejnosměrný rozvod. A zase se pomalu vracíme ke stejnosměrnému proudu. Se střídavým jsou značné problémy jako třeba: přifázování generátorů, indukčnost a kapacitní svodové proudy ve vedení, velké riziko rozpadu celé sítě,velké ztráty a podobně.
Můžete si přečíst třeba tyto zajímavé články:/>
http://www.energyweb.cz/web/index.php?display_page=2&subitem=1&ee_chapter=5.3.3/>
http://www.energetik.cz/hlavni3.html?m1=/clanky/en_2001_78_1.html

Odpovědět

mamon

maaach,2006-02-18 23:24:40

Milan 14.02.2006 v 11:15 Nejde jenom o usporu penez, jde hlavne o teplo ktere vznika, nedovedu si predstavit jak by nekdo uchladil pri 75% ucinnosti desetimegavatovy blok menice :-) u PC je to podobne, pasivne ochlazovane zdroje MUSI mit vekou ucinnost jinak se sami znici vlastnim teplem, ---> tudiz ty ucinne jsou pasivne chlazene coz je dneska luxus
za ktery se plati, ne ze by tech par tranzistoru navic zvysovalo cenu o 1000-2000 samo o sobe, to je kravina, za vsim hledej mamon ;-)

Odpovědět

jinak

maaach,2006-02-18 23:16:40

<i>Jako zdroj elektřiny v spotřebitelské síti se nehodí, protože produkují stejnosměrný proud jehož konverze na střídavý je spojena s dalšími energetickými ztrátami, čímž se velmi snižuje výsledná účinnost. </i>
Hmm a proc vubec konvertovat na stridavy proud ? pokud je mi znamo tak veskere pristroje pouzivaji stejnosmerne napajeni a kvuli stridavemu napeti prijimanemu ze site musi mit osmernovace a filtracni obvody. nebylo by k zamysleni spise zmenit napajeci paradigma ? potreba by byl jen DC/DC menic ktery stejne v kazdem novem pristroji uz je za usmernovacem, takto by se jenom uzpusobil ...

Odpovědět


Přeměna AC/DC

black,2006-02-27 19:48:12

Přenášet střídavý proud je mnohem efektivnější než přenášet stejnosměrný proud ( výkon, vzdálenost, ztráty atd...)

Odpovědět


Funkce AC zarizeni

Bompfy(elektrikar),2006-04-20 21:12:02

Souhlasim s blackem a navíc představte si že by v síti bylo DC napětí. Spousta zažízení by přestala fungovat a přeměna DC na AC je nesmírně složitý proces (pomocí střídačů, nejlépe řízených procesorem).

Odpovědět


DC napětí jde špatně přenášet

Negr,2006-04-20 21:30:01

jde o to že při přenosu energie na větší vzdálenosti(ne všichni máme temelín 500m od baráku) dochází ke ztrátám. A aby se tyto ztráty zmenčily na minumu musíme napětí TRANSFORMOVAT na velmi vysoké napětí, které je pomalu 2000x větší než běžná 230V v zásuvce. Jenže problém DC napětí je že nejde transformovat a proto zvítězilo AC napětí. Tyhle problémy řešili na začátku minulého století, kdy se nemohli dohodnout na jednotných parametrech a způsobu AC nebo DC.

Odpovědět

Účinnost křemíkových článků také nadhodnocená

Standa,2006-02-13 23:10:43

Prameny uvádějí 30% jako teoretickou maximální účinnost křemíkových článků. Nejlepší laboratorní hodnoty jsou 24%, u průmyslových článků je to 12-18%.

Zdroj: http://dell006e.fzu.cz/texty/brana/fotovoltaika/slunecni_energie.php

Jiné prameny uvádějí podobné údaje.

Odpovědět

Re: Ztraty pri premene =/~ ? Vysoce nadhodnocene

Martin-Techblog,2006-02-13 21:38:12

Děkuji za důležitou připomínku. Údaj o účinnosti přeměny jsem si sice z prstu nevycucal, ale bohužel nemohu najít zdroj, ze kterého jsem jej čerpal. Výkonové elektrotechnice nerozumím, ale zdá se mi, že převést megawattové výkony ze stejnosměrného proudu na střídavý problém být může. Z mé strany jsou to však pouze dohady.

Odpovědět

Ztraty pri premene =/~ ? Vysoce nadhodnocene

Ahmed,2006-02-13 14:35:04

Myslim ze predpokladane ztraty pri prevodu =/~ jsou vysoce nadhodnocene. Neni problem mit menic s ucinnosti vyssi nez 90%, takze nezbude 17, ale dejme tomu 27% ucinnost premeny celkove. Proste prevod stejnosmertne/stridave skutecne NENI problem.

Mimochodem - v tom pocitaci u ktereho ted sedite (pokud to zrovna neni notebook a nejede na akumulatory) mate taky menic. 230V stridavych se nejdriv usmerni (!) pote se z nej udela znovu stridave, pouze na podstatne vyssi frekvenci (u PC zdroju radove kHz az desitky kHz - tusim - nekamenovat.) aby se nasledne prevedlo na nizsi napeti, usmernilo, stabilizovalo... Proste cela rada "konverzi" aby z 230V~ bylo 12, 5 a 3,3V =. Pritom KVALITNI zdroje jedou v pohode s ucinnosti pres tech 90%...

Odpovědět


Kvalitní zdroje

Milan,2006-02-14 11:15:58

Většina prodáváných PC zdrojů má účinnost zhruba 65-70%. Když jsem se pokouše sehnat zdroj s lepší účinností, tak jsem celkem narazil. Cena za kvalitní zdroj (účinnost alespoň 75%) je přes 3000 kč. Pokud budu počítat úsporu asi 20W(počítam spotřebu mého PC do 150W), tak se mi při provozu cca 8hodin deně zaplatí asi za 20 let (cena 1 KW/h 3kč).
Pokud víte o kvalitních zdrojích za rozumné peníze, tak se rád poučím.

Odpovědět


re:kvalitni zdroj

Ahmed,2006-02-17 15:45:44

Prvni co vypadlo z Google : http://www.alzasoft.cz/DetailPage.asp?DPG=60014 - vic se mi hledat nechce. je potreba hledat zdroje s aktivnim PFC, je pravda ze tyx s pasivnim maj ztraty vyssi, o zdrojich uplne bez ani nemluve ;o)

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni














Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace