Fotovoltaika, která funguje ve dne i v noci

[karelkilian]

Dobrý den,

máme tu pátek, a to mimo jiné znamená, že vám přinášíme další článek k zamyšlení i diskuzi. Upřímně jsem docela zvědav, co řeknete na dnešní téma.

Fotovoltaika, která funguje ve dne i v noci

V roce 2012 rozčeřila mediální vody informace o solárních elektrárnách, které vyráběly elektřinu i v noci. Za dotovanou částku ji pak majitelé prodávali do distribuční sítě. Jak může sluneční elektrárna fungovat, když nesvítí slunce? Například ve Španělsku si majitelé solárních elektráren pomáhali tím, že připojili ke generátorům reflektory, kterými celou noc svítili na fotovoltaické panely.

Server Ars Technica přinesl tento týden informaci o nové technologii, která je sice méně účinná, avšak dokáže generovat zelenou energii 24 hodin denně. Článek hodnotí potenciál takzvané „noční fotovoltaické energie“, přičemž zjednodušeně řečeno jde o „obrácený provoz solárních panelů“.

Základní principy

Jak lze tušit z názvu, jde o možnost vyrábět elektrickou energii i v okamžiku, kdy slunce zapadne za obzor. Pointa toho všeho spočívá v samotném principu fungování solárních panelů, kdy fotony slunečního záření dopadají na P-N přechod a svou energií vyrážejí elektrony z valenčního pásu do pásu vodivostního.

V solárním článku jsou tedy dvě vrstvy s rozdílným typem vodivosti. Ve vrstvě N převažují negativně nabité elektrony, kdežto ve vrstvě P - převažují „díry“ - prázdná místa, která snadno akceptují elektrony. V místě, kde se tyto dvě vrstvy setkávají - P-N přechod - dojde ke spárování elektronů s děrami, čímž se vytvoří elektrické pole, které zabrání dalším elektronům v pohybu z vrstvy N do vrstvy P.

Nyní si představme obrácenou situaci, kdy nemáme k dispozici žádné fotony ze slunečního záření. Existuje „okno“ infračervených vlnových délek, které neabsorbuje žádný z plynů v atmosféře. Materiál panelů tedy může absorbovat záření na různých vlnových délkách, ale také ho vyzařovat zpět na vlnových délkách, které zapadají do zmíněného „okna“. Podobné metody se používají například pro pasivní chlazení budov.

Vyrábí i po západu slunce

Propojením fotovoltaického materiálu, který emituje fotony z pasivně vyzařujícího zařízení, je možné vybudovat „termoradiační buňku“, která může vyrábět elektřinu. V praxi si můžeme představit například nějaký provoz, produkující velké množství odpadního tepla, které je tak jako tak nutné odvést. Může se ale něco takového vůbec vyplatit?

To se rozhodli zjistit vědci Tristan Deppe a Jeremy Munday. Jejich práce analyzuje vše od polovodičových pásových struktur potřebných k tomu, aby fungovaly na vlnových délkách záření přítomného v atmosféře. Problém však je, že žádný materiál není zcela průhledný pro všechny vlnové délky, které jsou obvykle přítomné v naší atmosféře.

To znamená, že všechny použité materiály - ty, které vyzařují infračervený paprsek, i ty, jež generují elektrony - pohltí část fotonů a sníží celkovou účinnost zařízení. Podle vědců mají zatím nejlepší vlastnosti sloučeniny rtuti, kadmia a telluru.

Výpočty potvrzují, že to jde

Při počátečních výpočtech Deppe a Munday předpokládali, že Země bude pro pohon systému poskytovat konstantní zdroj tepla o teplotě 27 ° C. Za těchto okolností odhadují, že systémy vytvořené pomocí současné technologie mohou produkovat od 2 do 8 wattů na metr čtvereční, přičemž hodnota se mění v závislosti na ročním období a umístění.

Nutno říci, že v porovnání s fotovoltaickým panelem, který obvykle dosahuje výkonu 200 wattů na metr čtvereční, jde o směšně malá čísla. Nový panel by však mohl potenciálně generovat elektřinu 24 hodin denně, což klasický fotovoltaický panel rozhodně nedokáže. Vědci spočítali, že toto vylepšení by zvýšilo výkon solární farmy o 12 %.

Aby se toto řešení vyplatilo, musely by být fotovoltaické panely s touto technologií jen mírně dražší než klasické. Ekonomické hledisko však může pozitivně ovlivnit například snížení nákladů na chlazení budov v horkých klimatických podmínkách. Neméně zajímavé by mohlo být nasazení takových panelů u provozů, pracujících s vysokými teplotami, kde by mohly generovat stejné množství energie jako ze slunce.

Prozatím jde pouze o hypotetické úvahy, neboť mnoho čísel vychází z idealizovaných situací a nemáme ani ponětí, jak blízko jsou fungování ve skutečném světě. Každopádně myšlenka chytrého rozšíření stávající technologie by se mohla potenciálně integrovat s řadou existujících systémů.

Co říkáte na fotovoltaiku, která by vyráběla elektřinu i v noci?

Zdroj: arstechnica.com.

[redcrown]

Už aby se to dalo koupit za 10Kč/Wp

[? střídač_N]

Lákavá to myšlenka, leč jsou zde dva problémy:
-Prozatím jde pouze o hypotetické úvahy
-energie takto poskytovaná bude (může být, kondicionál je na místě) ještě řidší než ta sluneční.

Ale i tak, pokud bychom přece jen dostali 10W z metru2 (zaokrouhleně optimistických 2-8W), pak by každému z nás stačilo 30m2 a kolem 5kWh baterek a mohli bychom se takto ocitnou v elektrizujícím komunismu. (Každému co jeho elektrizující hrdlo ráčí.)
Jen Kybos by měl 100m2 (elektrizující komunismus povýšen na super elektro komunismus) aby mohl i topit tepelným čerpadlem.

Sny jsou to pěkné, leč realita asi bude hooodně jinde! A KYbos bude muset zvýšit frekvenci nápadů současného stavu, aby mu nedošly, i když došly.

[? josse]

Mám k tomu dvě věci:
1. Jestli srovnávat nízkoenergetické záření (infra) s tím co už využíváme současnými panely tak bych i v teoretické rovině používal velmi optimistické odhady 100x. To jest 200W/m2, které ještě může trochu vyrůst vs. až 2W/m2 které jsou naprosto idealizované a k tomu se nepřihlížíme.

2. Strašná škoda, že to vysvětlování PN přechodů a fotonů skončilo v půlce a i kdyby někdo chtěl, tak z tohodle to nikdo nepochopí když to končí v půlce.

... V místě, kde se tyto dvě vrstvy setkávají - P-N přechod - dojde ke spárování elektronů s děrami, čímž se vytvoří elektrické pole, které zabrání dalším elektronům v pohybu z vrstvy N do vrstvy P.

Pro další diskuzi tu chybí ten foton se svojí energií... Když má větší než je třeba pro vyražení elektronu... Vyrazí ho... To je ten proud... Ještě tak 1-3 odstavce...

Infra má typicky x energii, červené xx..., Ultrafialové xxxx...

Nemám na to momentálně vyhrazený názor, ale řekl bych, že to je slepá cesta, mohli by to více rozvinout trochu jiným směrem, například převádět infra na El. Spíš něco jako náhradu za ThermoElectricGenerator... Bohužel tam je zas ta teplota, která nedělá současným polovodičům dobře...

Ve FV panelech to zatím považuji za zhoršení životnosti. Bude to potřebovat separátní MPPT, více vodičů, bude to složitější. Zvýší to cenu panelů více než předpokládají.

[? thomas.007]

Něco takového tady už bylo a nebyly to jen úvahy, ale i funkční vzorky:
http://www.osel.cz/5815-fotovoltaicke-c ... -noci.html
a s tou účinností bych to neviděl dost růžově, už delší dobu jsou články (s koncentrátory) v laboratořích s účinností 46%, ale do průmyslové výroby se to jen tak nedostane...jestli vůbec někdy?
https://solarlove.org/wp-content/upload ... ecords.jpg

[? kodl69]

a co teprve dokázali na Madeiře: https://www.televizeseznam.cz/video/dok ... paign=_var
po hodině sledování se m se dozvěděl, že oproti https://www.dlouhe-strane.cz/ je to dětská hračka, která nemá ani reverzační soustrojí, a má úplně směšnej výkon ( pomalu by to daly i měniče členů fóra dohromady ) ale je to super technologie pro budoucnost...

[Brbla]

Tendle problém už dávno vyřešili ve španělsku

https://byznys.ihned.cz/c1-42558950-byl-to-vtip-ted-je-to-skandal-solarni-panely-ve-spanelsku-bezi-i-v-noci