ידענים: אנרגיית השמש

מאת 18 בנובמבר 2016 6 תגובות

השיטה שפיתחו חוקרי הטכניון מבוססת על תהליך ביניים המתווך בין אור השמש לתא הפוטו-וולטאי ולמעשה ממיר את קרינת השמש לאור בספקטרום "אידיאלי" המאיר את תא השמש ומאפשר נצילות המרה גבוהה יותר.

מימן לשמאל : נמרוד קרוגר, פרופ'-משנה כרמל רוטשילד ואסף מנור במעבדה. צילום : ניצן זוהר, דוברות הטכניון

מימן לשמאל : נמרוד קרוגר, פרופ'-משנה כרמל רוטשילד ואסף מנור במעבדה. צילום : ניצן זוהר, דוברות הטכניון

חוקרים בטכניון פיתחו טכנולוגיה העתידה לשפר משמעותית את נצילותם של תאים פוטו-וולטאיים. המחקר, שהתפרסם ב-Nature Communications, נערך במעבדת האקסיטוניקס (Excitonics Lab) בראשותו של פרופ'-משנה כרמל רוטשילד בפקולטה להנדסת מכונות. הוא התקיים בתמיכת תכנית האנרגיה ע"ש גרנד (GTEP) ומכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה (RBNI) בטכניון וכחלק מפרויקטERC מטעם האיחוד האירופי של המעבדה בנושא כלים תרמו-דינמיים חדשים לתאי שמש. את המחקר הוביל הדוקטורנט אסף מנור.

השמש היא מקור רב עוצמה של אנרגיה מתחדשת. למעשה היא מקור האנרגיה היחיד כיום שיכול לספק את תצרוכת האנרגיה של המין האנושי, ולכן אין פלא שהשימוש באנרגיית שמש הולך ומתרחב – הן בשיטות תרמיות (Solar-Thermal), הממירות את אנרגיית השמש לחשמל דרך המרה ראשונית לחום, הן בתאים פוטו-וולטאיים (Photovoltaics)הממירים אותה ישירות לחשמל. עם זאת, מגבלות טכנולוגיות שונות מגבילות את יעילותם של התאים הפוטו-וולטאיים.
לדברי מנור, "התאים הפוטו-וולטאיים יודעים לנצל בצורה אופטימלית תחום צר מאוד מתוך ספקטרום-האור הרחב שמספקת השמש; קרינה שאינה בתחום הצר הזה מחממת את התאים ואינה מנוצלת לחשמל. אנרגיה אבודה זו מגבילה את היעילות המקסימלית של תאי שמש לכ-30%."

השיטה שפיתחו חוקרי הטכניון מבוססת על תהליך ביניים המתווך בין אור השמש לתא הפוטו-וולטאי ולמעשה ממיר את קרינת השמש לאור בספקטרום "אידיאלי" המאיר את תא השמש ומאפשר נצילות המרה גבוהה יותר. ההשראה לעבודה זו הגיעה מקירור אופטי, שבו האור שנבלע חוזר ונפלט באנרגיה גבוה יותר ומקרר את החומר. "כאן פיתחנו התקן שעושה דבר דומה עם אור השמש", אומר הדוקטורנט אסף מנור. "קרני השמש, בדרכן לתאים הפוטו-וולטאים, פוגעות בחומר ייעודי שפיתחנו לצורך זה, אשר מתחמם מקרינת שמש הנמצאת בתחום הספקטרלי הלא מנוצל. הקרינה בתחום הספקטרלי היעיל נבלעת, חוזרת ונפלטת ומקררת את חומר הביניים. הקרינה שנפלטת נקצרת על ידי תא השמש ומומרת לחשמל. בצורה זו מומר לחשמל גם 'החום האבוד', והתוצאה: זינוק בנצילות המקסימלית של ההתקן מ-30%, הערך המקובל בהתקנים פוטו-וולטאיים, ל-50%."
מנור מציין כי החומר הייחודי מתחמם על ידי קרינת השמש לטמפרטורה של כ-700 מעלות בלבד, פחות ממחצית מהטמפרטורות האופייניות להתקנים קיימים מסוג זה.

פרופ'-משנה כרמל רוטשילד הוא ראש המעבדה לאקסיטונים וראש המגמה להנדסה אופטית בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, מגמה המשלבת אופטיקה פיזיקלית ותכן אופטו-מכני.
אסף מנור מסיים בימים אלה את התואר השלישי, שבמסגרתו זכה במלגת אדמס הניתנת לדוקטורנטים מצטיינים. מנור, שהשלים תואר ראשון בטכניון (חשמל ופיזיקה) ותואר שני במרכז לחקר אנרגיית השמש בשדה בוקר, ייצא בקרוב לפוסט-דוקטורט באוניברסיטת מישיגן.

6 תגובות ל “הושג שיפור דרמטי ביעילותם של תאים פוטו-וולטאיים”

  1. חיים ש.

    ,תשובה לדב ונדב. הספקות שלכם מוצדקות. אם מדובר ב-700 מעלות (500 שמשות) אז הבסיס חייב להיות קרמי. בטמפ' זו הציפ נהיה אדום וצריך הרבה אנרגיה לקרר אותו. הניסוי שהם עשו כנראה מחזיק מס' שניות עד שהוא הורס את התשתית. יש עוד חב' בעולם שהגיעו לתוצאה טובה יותר חב' בת של בואינג spectrolab עברה את ה-50%. black silicon הציגה לוח סולרי עם נצילות של 85% פרופ' רוזנווקס מאונ' ת"א הציג ציפ סולרי של 65%. אני אישית בדקתי אותו. וזה ללא מירכוז. כל העבודות האלו עולות כ-100,000$ למ"ר ויותר. פרופ' רוטשילד מכיר את כל העבודות האלו. ההצלחה תהיה רק כאשר משהוא מהקבוצה הזו, יגיע למחיר של 250$ למ"ר, אז הוא יהיה המנצח. רק אני יודע לעשות את זה. זה נרשם כפטנט. תשאירו פרטים ונחזור אליכם.

  2. דורון

    מה שכתוב "השמש היא מקור רב עוצמה של אנרגיה מתחדשת. למעשה היא מקור האנרגיה היחיד כיום שיכול לספק את תצרוכת האנרגיה של המין האנושי" לא נכון בכלל. קיימות צורות אנרגיה אחרות כגון רוח, הידרואלקטרי, גאות ושפל, גיאותרמי וגרעיני. במקרה של גאות ושפל, גיאותרמי וגרעיני מדובר בצורות אנרגיה שלא קשורות כלל לאנרגיה סולארית ומקורן באנרגיה פוטנציאלית של גרעיני האטומים ומהתנע של הירח.

  3. המדען

    לפי ההסבר בכתוב, ניתן לקבל רמז כי החומר המנצל את "החום האבוד", הינו חומר בולע של טווח מסויים של הספקטרום האינפרא האדום. בכף, הטמפרטורה מגיע עד 700 מעלות, ואינה מטפסת מעלה.
    אותו חומר מרחיב את טווח הנצילות של אותה "יחידת אנרגיה סולארית".
    בלי קשר לנאמר, המדינה מתכננת חוות של תאים פוטו-וולטאיים בתמ"א 10\ד\10 העתידות לקום גם במרכז הארץ. מי יודע?! אולי התאים החדשים יהיו חלק אינטגראלי מהבניינים החדשים שיקומו.

  4. נדב קבלרציק

    אולי לא הבנתי משהו בסיסי, אבל…
    "מתחמם על ידי קרינת השמש לטמפרטורה של כ-700 מעלות בלבד"
    700 מעלות, נשמע (נקרא) לא מעט.

הוספת תגובה

  • (will not be published)