Klasické solárne panely dnes dominujú trhu s obnoviteľnou energiou, no vedci už dlhšie experimentujú aj s alternatívou známou ako STEG – teda solárne termoelektrické generátory. Tie majú jednu veľkú výhodu: dokážu vyrábať elektrinu nielen zo samotného svetla, ale aj z tepla.
Doteraz však mali zásadný problém. Ich efektivita bola extrémne nízka a väčšina zariadení premieňala na elektrinu menej než 1 % dopadajúcej slnečnej energie. Pre porovnanie, bežné domáce fotovoltické panely sa dnes pohybujú približne na úrovni 20 %.
Vedci sa zamerali na inú časť problému
Výskumníci z University of Rochester však tvrdia, že našli spôsob, ako STEG zariadenia dramaticky zlepšiť. V novej štúdii publikovanej v odbornom časopise Light: Science and Applications opisujú technológiu, ktorá zvýšila výkon až 15-násobne oproti starším návrhom.
Zaujímavé pritom je, že sa nesústredili na samotné polovodiče, čo bol doteraz hlavný smer vývoja. Namiesto toho optimalizovali „horúcu“ a „studenú“ stranu zariadenia.
Profesor Chunlei Guo vysvetľuje, že kľúčom bolo efektívnejšie zachytávanie a udržiavanie tepla na jednej strane zariadenia a zároveň lepšie ochladzovanie druhej strany. Čím väčší je rozdiel teplôt medzi oboma stranami, tým viac elektriny STEG dokáže vyprodukovať.
Špeciálne upravený volfrám a „mini skleník“
Na horúcej strane výskumníci použili femtosekundový laser, ktorým upravili povrch volfrámu. Vytvorili tak špeciálny selektívny absorbér slnečnej energie, ktorý zachytáva viac než 80 % slnečného žiarenia aj pri vysokých teplotách.
Zároveň minimalizovali únik tepla vo forme infračerveného žiarenia. Celý systém navyše uzavreli do malej plastovej komory fungujúcej podobne ako skleník, čo znížilo tepelné straty o viac než 40 %.
Chladnejšia druhá strana = viac energie
Rovnako dôležitá bola aj studená strana zariadenia. Vedci použili podobnú laserovú techniku aj na hliník, kde vytvorili mikroštruktúrovaný chladič schopný efektívnejšie odvádzať teplo.
Výsledkom bolo približne dvojnásobne lepšie chladenie oproti klasickým hliníkovým chladičom. Vďaka tomu vznikol výraznejší teplotný rozdiel medzi oboma stranami STEG zariadenia, čo automaticky zvýšilo produkciu elektriny.
Technológia môže nájsť využitie aj mimo domácností
Vedci počas testov demonštrovali, že nové STEG zariadenia dokázali výrazne efektívnejšie napájať LED osvetlenie. Potenciálne využitie je však omnoho širšie.
Technológia by sa mohla objaviť vo wearables, zdravotníckych senzoroch, bezdrôtových sieťach či v oblastiach bez stabilného prístupu k elektrine. Práve schopnosť vyrábať energiu z tepla aj svetla zároveň môže byť veľkou výhodou v prostrediach, kde klasické solárne panely nie sú ideálne.
Solárne panely zatiaľ neohrozia
Aj napriek výraznému pokroku STEG technológia stále zaostáva za klasickou fotovoltikou. Výskum však ukazuje, že budúcnosť solárnej energie nemusí stáť len na zlepšovaní polovodičov.
Vedci totiž dokázali, že zásadné zmeny môže priniesť aj lepšie riadenie tepla. A práve to môže v budúcnosti otvoriť dvere úplne novým spôsobom výroby elektriny zo slnečnej energie.
