A napenergiával kapcsolatos egyszerű ismeretek könnyen megrészegítik az embert. Kis utánajárással megtalálhatjuk, hogy jó időben egy a napsugarakra merőleges négyzetmétert kb. 1 kW teljesítményű sugárzás ér. 100%-os hatásfokú napelemeket feltételezve még a mi néha borongós éghajlatunkon is begyűjthető volna 4-5 kWh naponta, ami egy ésszerűen üzemeltetett háztartás energiaigényét fedezi. Egyetlen négyzetméteres felülettel!

A probléma kettős. A 100%-os hatásfokot meg sem közelítik a jelenleg kapható napelemek, hanem tipikusan 10-20% közötti eredményt produkálnak. Másfelől – és ez a kisebb probléma – nincsenek olyan akkumulátorok, melyek hosszú távon is jó hatásfokkal tudják tárolni az energiát, így szerény mérlegünk tovább romlik. Most, csak az első nehézségeivel foglalkozom.

A napenergia hasznosíthatóságának nehézségét részben az okozza, hogy a Földet érő sugárzás egy széles frekvenciatartományban szétterülve érkezik. Monokromatikus fény tekintetében a különböző elemek sokkal jobb hatékonysággal dolgoznak (jellemzően 50% fölött). A másik, hogy a fény egy része óhatatlanul elszökik, átalakítás nélkül visszaverődik. Aki látott már fényesen csillogó napelemet, az azt a fényt látta, amiből sohasem lett elektromosság. A fényt spektrális komponensekre bontva, azokat különböző érzékenységű panelekre juttatva pedig a teljes beérkező energiának is lehetséges 40% körüli részét hasznosítani. A gond, hogy ez a megközelítés körülményes, nagyon drága, és még csalunk is egy picit, hiszen az 1 m2-en befogott napfény átalakításához ennél jóval nagyobb napelemet használunk. Az eddig elért kísérleti hatásfokokról szép áttekintőt ad a Wikipédia grafikonja.

Anélkül, hogy a szűkös információk alapján a várható hatékonyság becslésére vállalkoznék, szeretném bemutatni a Caltech által nemrégiben ismertetett új technológiát, mely már pusztán ötletessége miatt is tetszik nekem. Mikrométeres nagyságrendben mozogva, egy tükröző hátlapra olcsó, átlátszó polimert visznek föl, melybe vékony szilíciumszálakat állítanak. Fényszóró szemcsék segítségével igyekeznek a beérkező fényt még jobban szétszórni, statisztikailag minimalizálva így a rendszerből való kijutás esélyét. A szilíciumhuzalokat fényelnyelő anyag borítja a minél magasabb hatásfok érdekében.

Az így kapott anyag légypapír a fotonoknak. A beérkező fénysugár hosszú, elnyelő csatornák sokasága között verődik egyik szálról a másikra, közben esetleg eltrafál egy fényszóró részecskét is, és ha ne adj isten eléri a réteg alját, akkor onnan is visszaverődik és megpróbálhat ismét végigbotorkálni az úton, ahol bejött. Nem meglepő módon az új anyag a fény 85%-át elnyeli, amit nyugodtan dobogós helyre tehetünk a napelemek mezőnyében.

Felmerül még a kérdés, hogy az elnyelt sugárzás mekkora részéből lesz villamosság. Erre a forrásban 90-100%-os értéket jelöltek meg. Ha magunkkal nem bírva rögtön össze is szorozzuk a kettőt, akkor összesítve egy 75-80%-os hatásfokú napelemmel van dolgunk. Elgondolkodtató, de az ítélettel várjunk még! A cikk nem fogalmaz teljesen világosan abban a tekintetben, hogy az abszorpciós és konverziós értékek a látható fényre, vagy a teljes besugárzásra vonatkoznak-e (az 1 kW-os érték ez utóbbira vonatkozik). A fejlesztés mindenesetre jó eséllyel pályázik a jövő olcsó, megvalósítható és nagy hatékonyságú napelemének címére.

Az anyagköltség tekintetében ugyanis kifejezetten gazdaságos megoldással állunk szemben. A panel 98%-át az olcsó polimer adja, csupán 2%-ot tesz ki az eddigi napelemeket jó részben felépítő szilícium. Képzeljünk el egy háztetőnyi területet beborítva ezzel a flexibilis anyaggal! Adjunk még hozzá pár a jövőben kifejlesztendő akkut! A rendszer amit én látok, a sarkkörön túl is megállná a helyét, nyáron töltődne, télen merülne. Most azonban szálljunk vissza a földre, tartsuk nyitva a szemünket új technológiákra figyelve, és várjuk meg amíg a szőrös-hajlékony napelemből négyzet-centiméteresnél nagyobbat is sikerül előállítani!