Hirdetés

A hatásfok nyomában 3.

Sorozatom záró részében összefoglalom, milyen tényezők befolyásolják a napelem hatásfokát, bemutatom a lehetséges alkalmazási módokat és a hatásfoknál fontosabb tényezőket.

A hatásfok nyomában

A 2. részben elmeséltem, hogy a kvantumelmélet segítségével belátható, hogy egy adott anyagból készült napelem a fény spektrumának csak egy részét képes villamossággá alakítani. Az energiamennyiség szempontjából ezen a téren a szilícium teljesít a legjobban. A kb. 30%-ra adódó elméleti hatásfokot azonban több dolog miatt sem lehet elérni. Egyszerre több tényező határozza meg a kiadódó gyakorlati hatásfokot, melyeket olykor csak egymás kárára erősíthetünk.

Fontos szempont például a napelem abszorpciója, az a mérőszám, amely megmutatja, mekkora részét nyeli el a napelem a rásugárzott fénynek. A beérkező fénnyel három dolog történhet: visszaverődik, elnyelődik vagy áthatol a napelemen. A felület strukturálásával és tükröződésgátló bevonatokkal a visszavert fény mennyisége közel nullára csökkenthető. Ahhoz ugyanakkor, hogy minden fény elnyelődjön a cellában, vastag szilíciumrétegre van szükség, ez pedig azt jelenti, hogy a fotáramnak vagy nagy kristályrészen kell áthaladnia, vagy sok kontaktust kell kialakítani, amelyek árnyékolják a kristályt. A szilícium ellenállásán a fotoáram teljesítményt disszipál, ez tehát veszteségként jelentkezik, ráadásul melegíti is a napelemet. A két követelmény ellentmond tehát egymásnak: egyrészt vékony rétegre van szükség, hogy kis ellenállású legyen, másfelől vastag kell, hogy legyen, hogy minél több fényt nyeljen el.

A hatásfok nyomában 2.

A folyamatok energetikai szemlélete segítségével mindig azt vizsgáljuk, mennyi energia lép be egy rendszerbe és mennyi, illetve milyen formában hagyja el azt. A napelemek esetében fényenergiát vesz fel és villamos energiát ad le a rendszer. A működés jóságát egy egyszerű mérőszámmal, a hatásfokkal jellemezhetjük. Ez a számunkra hasznosnak ítélt energia mennyisége osztva a bemenő energia mennyiségével.

Hogy megismerjük a napelemek hatásfokának korlátait, nézzük meg, hogyan alakul a fényenergia villamossággá! A legegyszerűbb napelem egy megvilágított P-N átmenet. Egy egyenirányításra használt dióda egy ilyen átmenetből áll, egy tranzisztor pedig kettőből épül fel. A P-N átmenet a gyakorlatban egy szilícium egykristály, mely eltérő adalékolású (szennyezettségű) tartományokból áll. Példaként tekintsünk egy szilíciumkristályt, melynek bal oldalát foszfor (P) atomokkal erősen adalékolták. A foszfor beépül a kristályrácsba, így ha a szilíciumdarabka kristályrácsát közelről megvizsgáljuk, azt találjuk, hogy itt-ott szilícium- helyett foszforatom ül benne.

A hatásfok nyomában 1.

A legolcsóbb, amorf szilícium napelemek hatásfoka 5-7%, melyről gyakran lekicsinylő megállapításokat hallani. De csakugyan ilyen kevés volna 7%? Nézzük, milyen alternatívák kínálkoznak a jövő villamosenergia-termelése számára!

A nap évente kb. 1 milliárd TWh energiát sugároz a Földre. Ez több, mint teljes fosszilis- és nukleáris hasadóanyag készletünk együttvéve. Ha energiaigényünk a megszokott ütemben növekszik, nem morális-filozófiai kérdés lesz a napenergia alkalmazása, hanem megkerülhetetlen szükség. Azt kell tehát sorra vennünk, miként lehet a leghatékonyabban munkára fogni ezt az energiát.

A kukorica a rásugárzott fény 1,5%-át alakítja kémiai energiává. Mivel a kukoricasorok között is kell némi helyet hagyni és a szomszédos növények itt is egymásra árnyékolnak, így sem tudjuk egy terület nagyobb hányadát hasznosan beültetni, mint ahogy napelemekkel lefedhetnénk. A növénytől a villamos energiáig ráadásul még nagyon hosszú út vezet. A kukoricát be kell takarítani, melynek során üzemanyagot használunk fel. Még több energiát kell befektetnünk a szállítás, és előkészítés során. A növényeket kazánban elégetve annak hőjét használhatjuk fel, melyből mindig elszökik valamennyi, mielőtt elérné a közvetítő közeget. A hőt hőerőgép segítségével alakíthatjuk mozgássá. Ennek a lépésnek hatásfoka tipikusan 30-40% lehet. A mozgást villamos energiává már akár 90%-os hatásfokkal is átalakíthatjuk. Az folyamat hatásfoka kb. 0,5% ha eltekintünk az energia előállításának költségeitől, melyeket levonva a hatásfokot néhány tized százalékra becsülhetjük.

Állami döntés a hologramos népbutítás ügyében

A Magyarországon is kapható, növekvő népszerűségnek örvendő hologramos csodakarkötők a helyi tudományos társaságok közbenjárásának köszönhetően megütötték az ausztrál versenyhivatal ingerküszöbét.

Az ACCC, a magyar GVH ausztrál megfelelője súlyos következményekkel járó döntést hozott: miután az áltudományos hókuszpókuszokat terjesztő, gumikarkötőket áruló cég a hatóság felszólítását követően sem tudta semmilyen tudományos bizonyítékkal alátámasztani termékeinek hatásosságát, arra kötelezték őket, hogy hagyjanak fel a megtévesztő marketinggel, és minden becsapott vásárlónak fizessék vissza a pénzét, amennyiben ezt kérik.

Az ACCC nyilatkozatában kijelentette, hogy a hologramos karkötők semmiféle előnnyel nem rendelkeznek egy közönséges gumikarkötőhöz képest. Arra is felhívták a figyelmet, hogy a vásárlók óvakodjanak hasonló termékektől, melyek hatásosságát a forgalmazó üres, és gyakran ránézésre is hamis állításain kívül semmilyen tudományos bizonyíték sem támasztja alá.

Távoktatás

Itt az idő, hogy szétválasszuk az információtovábbítást és az anyagmozgatást. Menedzserek százezrei röpködnek szerte a világban konferenciáról konferenciára, saját testüket és poggyászukat alumíniumba csomagolják, és tízezer méter magasságban széndioxidot okádva szelik az eget. Majd e célra fenntartott konferenciahelyiségekben foglalnak helyet és beszélgetnek pár órát. Végső soron semmi olyat nem tesznek, amit egy emailben, telefonon vagy telekonferencián ne intézhettek volna el a költség századrészéből és a környezeti terhelés ezredrészével.

Hasonlóképpen diákok tízezrei özönlenek napról napra egyetemi előadóikba, ahol a tanár egyszerre több száz diák előtt megtartja óráját, miközben gyakran csak egy elektronikus prezentációt követ, amelyet a diákoknak is elküldhetett volna, és nem kellene újra begépelniük, miután 400 példányban egyszerre lemásolták a kivetítőről kézzel, mint a középkori szerzetesek.

A hagyományokhoz való ragaszkodással és saját nélkülözhetetlenségükbe való vak kapaszkodással nagyon sok fölösleges munkát rovunk mindannyiunkra. Azért tartom ezt súlyos problémának, mert világosan látszik, hogyan lehetne ezt ügyesebben csinálni, és a technikai feltételek már régen adottak. A hatékonyság a jövő felé vezető út és nem azért nem élünk a lehetőséggel, mert nincsenek hozzá erőforrásaink, vagy túl buták vagyunk. Inkább csak lusták vagyunk és féltjük a biztonságos középszert. Tessék erre gondolni a következő százfős előadáson, amikor innovációról, kreativitásról és hatékonyságról pofázik az előadó!

Elektronikus könyvek - meddig kell még várni?

Itt az ideje (5 évvel ezelőtt), hogy elváljék egymástól az információ és az anyag. Unom már, hogy 5-10 ezer forintot kell kiadnom negyed kilogramm gyűrődő, koszolódó papírért, mikor csak arra a pár száz kilobájt információra van szükségem, amit - gyakran minősíthetetlen minőségben - rányomtattak.

Kivágták a fát, elszállították a gyárba, megőrölték, vegyszerezték, pancsoltak benne, kilapították, simítgatták, szárították, szeletelték, darabolták, kötegelték, megint szállították, összefestékezték, darabolták, hajtogatták, bekötötték, boltba vitték, raktározták.

Csak fel kellett volna rakni a netre az egészet. Itt az erőforrások milliószoros pazarlása zajlik. Erre azonban nincs hajlandóság, féltik az információt, mert ha nem zárják az anyag börtönébe, akkor a legapróbb fuvallat is szerteszét szórja a világban, és többé már nem lehet elpusztítani. Más sem teheti meg, mert azzal szerzői jogot sért.

A fennálló helyzet sokkal többeknek okoz bosszúságot, mint ahányaknak használ. Ha megfizetnék az emberek a szellemi munka értékét, és sikerülne megszabadulni a materiális kötöttségektől, mindenki jobban járna, globálisan szemlélve pedig ez volna az egyetlen ésszerű, erőforrásokkal takarékosan bánó megoldás.

A haszonszerzés tudománya

A kvantumtalizmán

Az emberi hiszékenységből való haszonszerzésnek nagy hagyományai vannak, és úgy tűnik, komoly jövője is. A hamis prófétákat és okkultizmussal foglalkozó szélhámosokat az áltudósok váltják a népszerűségi listán, bár ma is megélnek még mindannyian [6].

Cikkem megírására az alábbi szórólap és a mögötte álló termék ösztökélt. Megvizsgálom miként próbálnak hatni az egyszerű vásárlóra a tudományosnak hangzó, de olykor jelentéstelen kifejezések egymásra halmozásával. Írok még az oktatásról, a természettudományos ismeretek presztízséről és kultúránkban betöltött szerepéről.

A futás hatása a térdizületre

Porckopáshoz vezet-e a hosszútávfutás? A térd- és sípcsontfájás okán eredetileg megfogalmazódott kérdésem az aszfaltfutásra vonatkozott, de a fellelt tanulmányok alapján ennél csak kevesebbre adható válasz.

A Current Orthopaedic Practice-ben [3] publikált tanulmány egyetemi sportolók kérdőíves felmérésével kereste arra a választ, hogy a hosszútávfutás összefüggésbe hozható a csípő- és térdizületek porckopásos betegségeivel. A cél- és kontrollcsoport együttes mérete kb. 700 fő volt. Előbbibe hosszútávfutók, utóbbiba úszók tartoztak. A futók közül kevesebb embernek volt szüksége porckopás okozta fájdalom műtéti enyhítésére (0,8%). A tanulmány nem talált összefüggést a mérsékelt hosszútávfutás és a porckopás kialakulása között.

A The American Journal of Medicine kutatása [4] 498 hosszútávfutót vizsgált. A vizsgált személyek életkora 50 és 75 év közötti volt. Viszonyításként egy 365 fős kontrollcsoportot használtak. A cél a futás során fellépő ismétlődő becsapódások és az időskori csontvázrendszeri sérülések kialakulása közötti viszony felmérése volt. A kor, nem, foglalkozás eredményekre való hatását kiszűrték. A tanulmány ritkábbnak találta a csontvázrendszeri fogyatékosság előfordulását a futók között, akik orvosi szolgáltatásokat is ritkábban vettek igénybe, noha ezek harmada a futással volt összefüggésben. Nem találtak különbséget a csoportok veszélyeztetettségében a porckopást illetően. Nem meglepő módon a futók érrendszere egészségesebb, testtömegük alacsonyabb volt. A csontvázrendszeri fogyatékosságok idősebb korban történő kialakulása jelentősen ritkább volt a futók körében, így a tanulmány a fizikai egészségmegőrzésre alkalmas eszközként tekint a futásra.

Lábjegyzékek

[1] A kognitív torzítás az a viselkedési tendencia, amikor gondolati folyamatokból eredő rendszeres hibát vétünk az információk értékelésekor. Egy fajtája például a pozitív torzítás, mikor egy bennünket foglalkoztató esemény bekövetkeztét megjegyezzük, be nem következésével azonban nem foglalkozunk. Ha egy zeneszámra gondolunk és a rádió bekapcsolásakor éppen azt adják, biztosan feltűnik, el is gondolkodunk, hogy a véletlen műve volt-e. Amikor más játszanak, azzal viszont nem foglalkozunk. Így kialakulhat bennünk az a téves kép, hogy ki tudjuk találni, mit játszanak éppen a rádióban. Szintén jellemző példája a publikációs torzítás [2].

[2] A publikációs torzításnak köszönhető, hogy a népszerű magazinokba mindig jut szenzációs hír a (jellemzően orvos-) tudomány világából. Például a telepátia kutatása során azt figyeljük meg, milyen eséllyel találják ki a másik szobában kihúzott kártya színét az alanyok. A nagy számok törvénye alapján ennek 25% az esélye (zöld, tök, piros, makk). Mivel a kérdés sok kutatót foglalkoztat, számos ilyen tanulmányt készítenek, és az egyik azt találja, hogy az egyik alany 50%-os eséllyel találta el a kártyák színét, amely rendkívül valószínűtlen, így telepatikus képességekre utal. Rosszabb esetben már maga a kutató sem fogja publikálni a 25%-ot produkáló tanulmányát. A közkedvelt magazinokba viszont kizárt dolog, hogy egy ilyen nyilvánvaló, teljesen érdektelen eredmény bekerüljön, az 50%-os kimenetelűt viszont garantáltan megjelentetik.