Baskų krašto universiteto (EHU) tyrėjai pademonstravo novatoriškus rezultatus atsinaujinančiosios energijos srityje, parodydami, kad naujai sukurtos nanomedžiagos, tokios kaip nanoadatos, gali sugerti iki 99,5 % saulės šviesos.
EHU Medžiagų termofizikinių savybių tyrimų grupė bendradarbiavo su Kalifornijos universitetu San Diege (UCSD), kad išbandytų cinko oksidu padengtas vario kobaltato nanoadatas.
Rezultatai parodė geresnes optines ir šilumines charakteristikas, palyginti su tradicinėmis medžiagomis, tokiomis kaip anglies nanovamzdeliai ir juodasis silicis. Šie rezultatai galėtų atverti kelią efektyvesnėms ir patvaresnėms saulės bokštų sistemoms, kurios yra naujos kartos atsinaujinančios energijos infrastruktūros kertinis akmuo.
Žingsnis už anglies nanovamzdelių ribų
Koncentruotos saulės energijos (KSP) jėgainės veikia naudodamos šimtus veidrodžių, kurie sufokusuoja saulės šviesą į priimantį bokštą, kuris sugeria ir kaupia šiluminę energiją. Norint pasiekti maksimalų efektyvumą, šių bokštų sugeriančios medžiagos turi būti „ultrajuodos” – gebančios užfiksuoti beveik visą patenkančią šviesą, kartu atlaikančios didelį karštį ir drėgmę.
Vertikaliai išdėstyti anglies nanovamzdeliai buvo šviesos sugerties etalonas, galintis užfiksuoti apie 99 % saulės šviesos. Tačiau jie greitai suyra esant aukštai temperatūrai ir drėgmei, todėl jų naudojimas CSP gamyklose yra ribotas.
„Anglies nanovamzdeliai nėra stabilūs aukštoje temperatūroje ir esant didelei drėgmei. Todėl juos reikia padengti atsparesnėmis medžiagomis, o tai sumažina jų optimizavimą”, – aiškino dr. Iñigo González de Arrieta, EHU vyriausiasis tyrėjas. „Anglies nanovamzdeliai sugeria apie 99 % šviesos, tačiau jų negalima naudoti saulės bokštuose”, – tęsė jis.
Bandymai parodė, kad vario kobaltato nanoadatos gali įveikti šiuos apribojimus. Jos ne tik išlieka stabilios ekstremaliomis sąlygomis, bet ir užtikrina didesnį šviesos sugerties lygį, ypač padengtos cinko oksidu.
Atsinaujinančios energijos ateities varomoji jėga
Skirtingai nuo įprastų fotovoltinių (FV) sistemų, CSP technologija gali kaupti saulės šilumą kaip šiluminę energiją. Ji gamina elektrą net tada, kai saulė nešviečia.
Tai pasiekiama kaitinant išlydytas druskas, kurios efektyviai kaupia energiją ir vėliau gali būti panaudotos turbinoms varyti. Nepaisant savo potencialo, CSP istoriškai buvo brangesnė ir sudėtingesnė nei FV technologija.
Tyrimas, atliktas vienoje iš nedaugelio aukštos temperatūros laboratorijų Europoje, galinčių atlikti tokius matavimus, yra tarptautinio bendradarbiavimo, kuriame dalyvauja UCSD dr. Renkun Chen, dalis. Jis bendradarbiauja su JAV Energetikos departamentu, kad išbandytų šias nanoadatas veikiančiuose saulės bokštuose.
Nors tyrimai dar tik pradinėje stadijoje, jie žymi reikšmingą pažangą kuriant medžiagas, kurios gali padaryti saulės baterijų bokštus švaresnius, efektyvesnius ir patikimesnius.
Ispanijoje CSP šiuo metu sudaro apie 5% šalies energijos gamybos, tačiau ekspertai mano, kad šis procentas gali sparčiai padidėti, jei bus įdiegtos naujos medžiagos, tokios kaip šios.
Gonzalez de Arrieta pabrėžė, kaip svarbu kurti naujas dangas, geriau sugeriančias šviesą, saulės bokštams. Jis pridūrė, kad ateityje tyrėjai taip pat galėtų tirti nanoadatų padengimą medžiagomis, kurios pagerina jų laidumą.
Tyrimas buvo paskelbtas žurnale „ScienceDirect” ir taip pat buvo publikuotas EHU žurnale „Campusa”.
Poveikis Lietuvai
CSP technologijai, kuri remiasi veidrodžiais, kad saulės šviesa būtų sutelkta į vieną tašką (bokštą), reikalingas labai didelis tiesioginis normalusis apšvitinimas (DNI). Lietuvoje DNI yra santykinai mažas ir daug debesuotų dienų, ypač žiemą. Todėl didelio masto saulės bokštų sistemų statyba čia greičiausiai niekada nebūtų ekonomiškai pagrįsta. Nanoadatos, nors ir neįtikėtinai efektyvios, nepakeis fakto, kad Lietuvoje nėra pakankamai tiesioginių saulės spindulių, kad būtų užtikrintas CSP sistemų veikimas.
Nors Lietuvoje CSP bokštų nebus, pačios šių nanomedžiagų savybės galėtų būti naudingos kitose srityse:
Saulės kolektorių efektyvumas
Karšto vandens gamyba: Lietuvoje saulės kolektoriai vis dažniau naudojami vandens šildymui (ne elektros energijos gamybai). Šie nauji „itin juodi” nanoadatų paviršiai, kurie sugeria 99,5 % šviesos, galėtų būti pritaikyti įprastiems šilumos kolektoriams.
Veikimas esant prastam apšvietimui: nauja medžiaga gali sugerti daugiau šviesos nei tradicinė juoda danga, todėl šaltesniais mėnesiais arba debesuotomis dienomis Lietuvoje saulės šiluminės sistemos gali tapti ekonomiškesnės ir efektyvesnės.
Praktinė nauda Lietuvos namų ūkiams
Lietuvoje, kur saulėtų dienų skaičius ribotas, o šildymo išlaidos sudaro didelę namų ūkių biudžeto dalį, tokios technologijos galėtų:
- Sumažinti šildymo sąskaitas: Efektyvesni saulės kolektoriai galėtų suteikti daugiau karšto vandens net ir debesuotomis dienomis, sumažindami priklausomybę nuo dujų ar elektros šildymo.
- Pagerinti esamų sistemų efektyvumą: Jau įrengtų saulės kolektorių savininkai galėtų atnaujinti paviršius naujos kartos dangomis, pagerinant jų veikimą be visiškos sistemos keitimo.
- Pratęsti veikimo sezoną: Geresnė šviesos sugertis reiškia, kad kolektoriai efektyviau veiktų pavasarį ir rudenį, kai Lietuvoje saulė jau žemiau, bet šildymas dar reikalingas.
Ilgalaikė perspektyva
Nors šios technologijos dar tik kūrimo stadijoje, jų komercializacija per ateinančius 5-10 metų galėtų reikšmingai prisidėti prie Lietuvos atsinaujinančios energijos tikslų. Kartu su fotovoltiniais sprendimais, kurie Lietuvoje jau sėkmingai plinta, pagerintos saulės šiluminės sistemos galėtų padėti šaliai greičiau pasiekti energetinį nepriklausomumą ir sumažinti anglies pėdsaką.
Šaltinis: ScienceDirect, EHU žurnalas „Campusa”
