S novým fotovoltaickým motorom budú drony lietať celé dni

Výskumníci UC Berkeley práve prekonali ďalší rekord v oblasti fotovoltaickej účinnosti, čo by mohlo viesť k ultraľahkému motoru, ktorý dokáže poháňať drony po celé dni.

Posledných 15 rokov účinnosť premeny tepla na elektrickú energiu pomocou termovoltaiky stála na 23 percentách. Prelomový fyzikálny nápad však vedcom umožnil zvýšiť túto účinnosť na 29 percent. Pomocou novátorského dizajnu sa vedci teraz snažia o dosiahnutie 50% účinnosť už v blízkej budúcnosti pomocou osvedčených vedeckých konceptov.

Tento prielom má veľké dôsledky pre technológie, ktoré sa v súčasnosti spoliehajú na ťažké batérie. Termofotovoltaika je ultraľahký alternatívny zdroj energie, ktorý by umožňoval dronom a iným bezpilotným lietadlám lietať nepretržite celé dni. Mohol by sa tiež použiť na napájanie vesmírnych sond po celé stáročia a prípadne napájať celý dom s generátorom veľkosti poštovej obálky.

Ich práca bola opísaná v článku uverejnenom tento týždeň v Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Termofotovoltaika je kompaktná a mimoriadne účinná pre široké spektrum aplikácií, od tých, ktoré vyžadujú len 100 wattov, ako napríklad ľahké bezpilotné lietadlo, až po 100 megawattov, čo je elektrina pre 36 000 domácností. Pre porovnanie, 100-megawattová elektráreň s kombinovaným cyklom je obrovská,“ uviedol Eli Yablonovitch, profesor elektrotechniky a informatiky (EECS) a korešpondujúci autor článku.

Podľa Yablonovitcha ich nové zistenia vychádzajú z práce, ktorú on a jeho študenti publikovali v roku 2011 v ktorej ukázali, že kľúčom k zvýšeniu účinnosti solárnych článkov nebolo absorbovanie väčšieho množstva fotónov (svetla), ale ich emitovanie (vyžarovanie). Pridaním vysoko reflexného zrkadla na zadnú stranu fotovoltaického článku v tom čase prelomili rekord v účinnosti a pokračovali v ďalšom výskume.

Termofotovoltický článok, grafitová páska (žiariaca tyčinka). (Foto: Luis M. Pazos Outon, UC Berkeley)

„Zrkadlo vytvára hustý infračervený luminiscenčný fotónový plyn vnútri solárného článku, ide o jav, ktorý pridáva napätie,“ uviedol Yablonovitch.

Jeho tím nedávno rozpoznal, že toto zrkadlo môže mať dvojaký účel. V skutočnosti rieši jednu z najväčších výziev termofotovoltaiky: ako využiť termálne (tepelné) fotóny, ktoré majú príliš málo energie na výrobu elektriny. Ukazuje sa, že zrkadlo môže odraziť tieto nízkoenergetické fotóny na opätovné zahriatie tepelného zdroja, čo poskytuje druhú šancu na vytvorenie vysokoenergetického fotónu a výrobu elektriny. Tento jav vedie k bezprecedentnej účinnosti.

„Tento rekordný výsledok sme dosiahli použitím jednoduchého zlatého zrkadla. Teraz pridáme dielektrickú vrstvu nad zlato a to zlepší našu účinnosť na 36 percent,“ uviedol Luis M. Pazos Outòn, postdoktorand v EECS a jeden z hlavných autorov článku.

„Len zvýšením odrazivosti dosiahneme účinnosť 36 percent. Ale pomocou ďalších vylepšení fotobuniek pomocou osvedčených techník z vedeckej literatúry vieme, že môžeme dosiahnuť 50% účinnosť,“ uviedol Zunaid Omair, postgraduálny študent v EECS a prvý autor článku. "Pred naším výsledkom bola termofotovoltaická účinnosť zmrazená na 23 percentách, takže získanie účinnosti 23 až 29 percent je skutočne veľká vec."

Autorka tlačovej správy: Linda Vu

Zdroj: engineering.berkeley.edu