גישה חדשה משלבת את היתרונות של הטכנולוגיה הפוטו-וולטאית ושל הטכנולוגיה הסולרית-תרמית בהתקן שגודלו כגודל ציפורן
לכל אחת משתי הדרכים הנפוצות ביותר לניצול אנרגיית השמש יש חסרונות. לתאים הפוטו-וולטאיים, שקולטים פוטונים של אור שמש וממירים אותם לחשמל, יש ניצולת של 20% בלבד. הסיבה לכך היא שהם מסוגלים לנצל פוטונים רק בטווח צר של אורכי גל כדי לעורר אלקטרונים. מערכות סולריות-תרמיות, הממירות את אור השמש לחום ואת החום לחשמל, הן יעילות יותר מכיוון שהן משתמשות בכל ספקטרום האור והן מגיעות אפוא לניצולת של 30%. עם זאת, אי אפשר להקטין אותן לשימוש על גג של בית. מערכות סולריות-תרמיות טיפוסיות כוללות מערכי מראות נרחבים שמרכזים את אור השמש ומחממים נוזל, שמניע בסופו של דבר טורבינה להפקת חשמל. [דודי השמש הנפוצים בישראל מסתפקים בחימום מים, ואינם מפיקים חשמל – העורכים.]
כדי להתגבר על המגבלות של שתי השיטות, יצרו חוקרים במכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס (MIT) התקן שמשלב מאפיינים של שתיהן ותיארו אותו בגיליון פברואר 2014 של כתב העת Nature Nanotechnology.
ההתקן, שגודלו כציפורן אצבע, מכונה בשם התקן סולרי תרמו-פוטו-וולטאי. בשלב הראשון ההתקן מפיק חום מאור השמש. הדבר נעשה באמצעות צינוריות-ננו פחמניות, הבולעות ביעילות גבוהה מאוד את אור השמש וממירות כמעט את כל הספקטרום שלה לחום. החום עובר לגביש פוטוני, המורכב משכבות של סיליקון ושל סילקון דו-חמצני. כשהגביש מגיע לטמפרטורה של כ-1,000 מעלות צלזיוס הוא מתחיל לקרון ולהפיץ פוטונים, שרובם בדיוק באורך הגל המתאים לתא הפוטו-וולטאי שמותקן מתחתיו. כשהפוטונים פוגעים בתא הפוטו-וולטאי הזה נוצר חשמל.
התהליך של המרת אור לחום, בחזרה לאור ובסוף לחשמל, אינו פשוט. עד כה, ההתקן הגיע לניצולת של 3% בלבד. אך “זוהי רק נקודת ההתחלה,” אומרת המחברת הראשית של המאמר, אוולין נ’ ואנג. המפתח להתקדמות יהיה להגדיל את ההתקן. “אם נוכל לעשות זאת,” אומרת ואנג, “נוכל להגיע לניצולת של יותר מ-20%.”
הכתבה התפרסמה באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל
