Miten voimme saada enemmän energiaa auringosta

Aurinkopaneelit Walmart-katolla, Mountain View, Kalifornia. Walmart / Flickr, CC BYAurinkopaneelit Walmart-katolla, Mountain View, Kalifornia.
Walmart / Flickr, CC BY

Energian maailmanlaajuinen kysyntä kasvaa tunti, kun kehitysmaat siirtyvät kohti teollistumista. Asiantuntijat arvioivat, että vuoteen 2050 mennessä maailmanlaajuinen sähkön kysyntä voi nousta 30 terawatit (TW). Tarkasteltaessa yksi terawatti on suunnilleen yhtä suuri kuin 1.3 miljardin hevosten teho.

Auringon energia on rajaton - aurinko antaa meille 120,000 TW: n voimaa millä tahansa hetkellä - ja se on ilmainen. Mutta tänään aurinkoenergia tarjoaa vain noin prosentti maailman sähköstä. Kriittinen haaste on, että valokuvien energian muuntaminen käyttökelpoiseksi sähköenergiaksi on halvempaa.

Tätä varten meidän on löydettävä materiaaleja, jotka imevät auringonvaloa ja muuntavat sen sähköksi tehokkaasti. Lisäksi haluamme, että nämä materiaalit ovat runsaasti, ympäristöystävällisiä ja kustannustehokkaita aurinkolaitteisiin.

Tutkijat ympäri maailmaa pyrkivät kehittämään tehokkaita ja edullisia aurinkokennoteknologioita. Tavoitteena on tuoda aurinkosähkön asennuskustannukset alle US $ 1 per watt noin $ 3 per watt tänään.

Binghamtonin yliopistossa Autonomisen aurinkovoiman keskus (CASP), tutkimme tapoja tehdä ohutkalvoista aurinkokennoja käyttämällä materiaaleja, jotka ovat luonteeltaan runsaasti ja myrkyttömiä. Haluamme kehittää aurinkokennoja, jotka ovat luotettavia, erittäin tehokkaita auringonvalon muuntamiseksi sähköksi ja edulliseksi valmistaa. Olemme tunnistaneet kaksi materiaalia, joilla on suurta potentiaalia aurinkokeräiminä: pyriitti, joka tunnetaan paremmin kuin tyhmän kulta metallisen kiiltonsa vuoksi; ja kupari-sinkki-tina-sulfidi (CZTS).

Etsimme ihanteellista materiaalia

Nykyiset kaupalliset aurinkokennot on valmistettu yhdestä kolmesta materiaalista: pii, kadmiumtelluridi (CdTe) ja kupari-indium-gallium-selenidi (CIGS). Jokaisella on vahvuudet ja heikkoudet.

Piin aurinkokennot ovat erittäin tehokkaita, ja ne muuttavat jopa 25-prosenttiin niiden auringonvalosta, joka heittää sähköä, ja erittäin kestävä. Silikonin käsitteleminen kiekkoiksi on kuitenkin erittäin kallista. Ja näiden kiekkojen on oltava erittäin paksuisia (noin 0.3-millimetrejä, jotka ovat paksuja aurinkokennoille), jotta ne absorboivat kaikki niihin kohdistuvat auringonvalot, mikä lisää kustannuksia.

Silikoni-aurinkokennoja, joita usein kutsutaan ensimmäisen sukupolven aurinkokennoiksi, käytetään paneeleissa, jotka ovat tulleet tutuiksi kohteiksi katoilla. Keskuksemme tutkii toisenlaista ohutkalvon aurinkokennoa, joka on seuraavan sukupolven aurinkotekniikka. Kuten niiden nimestä käy ilmi, ohutkalvoiset aurinkokennot valmistetaan asettamalla ohut kerros aurinkoa absorboivaa materiaalia substraatin, kuten lasin tai muovin, päälle, joka tyypillisesti voi olla joustava.

Nämä aurinkokennot käyttävät vähemmän materiaalia, joten ne ovat halvempia kuin silikonista valmistetut kiteiset aurinkokennot. Ei ole mahdollista päällystää kiteistä piitä joustavalle alustalle, joten tarvitsemme erilaisen materiaalin aurinkokeräimeksi.

Vaikka ohutkalvon aurinkotekniikka paranee nopeasti, osa tämän päivän ohuiden kalvojen aurinkokennojen materiaaleista on niukkaa tai vaarallista. Esimerkiksi CdTe: n kadmium on erittäin myrkyllistä kaikille eläville aineille, ja sen tiedetään aiheuttavan syöpää ihmisissä. CdTe voi erottua kadmiumiin ja telluuriin korkeissa lämpötiloissa (esimerkiksi laboratoriossa tai kodin tulessa), mikä aiheuttaa vakavan hengitysriskin.

Työskentelemme pyriitin ja CZTS: n kanssa, koska ne ovat myrkyttömiä ja erittäin edullisia. CZTS maksaa noin 0.005 senttiä wattia kohden ja pyriittikustannukset pelkkä 0.000002 senttiä wattia kohden. Ne ovat myös maankuoren runsaimpia materiaaleja ja absorboivat tehokkaasti auringonvalon näkyvän spektrin. Nämä kalvot voivat olla yhtä ohuita kuin millimetrin 1 / 1000th.

CZTS-aurinkokennojen testaaminen simuloidussa auringonvalossa. Tara Dhakal / Binghamtonin yliopisto, kirjoittaja CZTS-aurinkokennojen testaaminen simuloidussa auringonvalossa.
Tara Dhakal / Binghamtonin yliopisto, kirjoittaja
Meidän on kiteytettävä nämä materiaalit ennen kuin voimme valmistaa ne aurinkokennoihin. Tämä tapahtuu lämmittämällä niitä. CZTS kiteytyy lämpötiloissa, jotka ovat 600-asteissa Celsius-asteessa, verrattuna piin 1,200-asteisiin tai korkeampiin, mikä tekee siitä halvemmaksi. Se toimii paljon kuin korkean hyötysuhteen kupari-indiumgallium-selenidi (CIGS) aurinkokennot, jotka ovat kaupallisesti saatavilla nyt, mutta korvaa näiden solujen indiumin ja galliumin halvemmalla ja runsaammin sinkillä ja tinalla.

Tähän mennessä CZTS-aurinkokennot ovat kuitenkin suhteellisen tehottomia: ne muuntavat vähemmän kuin 13 prosenttia aurinkoenergiaa, joka heittää sähköä, verrattuna kalliimpien CIGS-aurinkokennojen 20-prosenttiin.

Tiedämme, että CZTS-aurinkokennojen potentiaali voi olla 30-prosenttiosuus. Tärkeimmät haasteet ovat 1), joka syntetisoi korkealaatuisia CZTS-ohutkalvoja ilman epäpuhtauksien jälkiä, ja 2) löytää sopivan materiaalin sen alla olevalle "puskurikerrokselle", joka auttaa keräämään sähkövarauksia, jotka auringonvalo synnyttävät absorberikerrokseen. Meidän laboratorio on tuottanut CZTS-ohutkalvon seitsemän prosentin hyötysuhde; toivomme lähestyvän 15-prosentin tehokkuutta pian syntetisoimalla laadukkaita CZTS-kerroksia ja löytämään sopivia puskurikerroksia.

CZTS-aurinkokennon rakenne. Tara Dhakal / Binghamtonin yliopisto, kirjoittajaCZTS-aurinkokennon rakenne.
Tara Dhakal / Binghamton Univ., Tekijä
Pyriitti on toinen mahdollinen absorboija, jota voidaan syntetisoida hyvin alhaisissa lämpötiloissa. Meidän laboratoriossamme on syntetisoitu pyrite-ohuita kalvoja, ja nyt pyrimme kerrostamaan nämä kalvot aurinkokennoihin. Tämä prosessi on haastava, koska pyriitti hajoaa helposti, kun se altistuu lämmölle ja kosteudelle. Tutkimme tapoja tehdä se vakaammaksi vaikuttamatta sen aurinkokykyyn ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Jos voimme ratkaista tämän ongelman, ”typerän kulta” voisi muuttua älykäs aurinkosähkölaite.

Tuoreessa tutkimuksessa Stanfordin yliopiston ja Kalifornian yliopiston tutkijat arvioivat, että aurinkoenergia voisi tarjota jopa 45-prosenttiin Yhdysvaltain sähköä 2050. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi meidän on jatkettava aurinkovoiman kustannusten laskemista ja löydettävä keinoja tehdä aurinkokennoja kestävämmin. Uskomme, että runsaat, myrkyttömät materiaalit ovat avain aurinkoenergian potentiaalin toteutumiseen.

Author

dakak taraTara P. Dhakal, Binghamtonin yliopiston sähkö- ja tietotekniikan professori, New Yorkin valtionyliopisto. Hänen kiinnostuksensa tutkimukseen on uusiutuvaa energiaa, erityisesti aurinkoenergiaa. Hänen tutkimuksensa tavoitteena on saavuttaa aurinkokennoteknologia, joka on ympäristöystävällinen ja taloudellisesti edullinen.

Tämä artikkeli julkaistiin alunperin Conversation. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat

InnerSelf Market

Amazon

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvaketwitter kuvakeyoutube kuvakeinstagram-kuvakepintrest-kuvakerss-kuvake

 Hanki uusimmat sähköpostitse

Viikkolehti Päivittäinen inspiraatio

UUSIMMAT VIDEOT

Suuri ilmastomuutto on alkanut
Suuri ilmastomuutto on alkanut
by Super User
Ilmastokriisi pakottaa tuhannet ympäri maailmaa pakenemaan, kun heidän kodeistaan ​​tulee yhä asumattomampia.
Viimeinen jääkausi kertoo meille, miksi meidän on pidettävä huolta 2 ℃ lämpötilan muutoksesta
Viimeinen jääkausi kertoo meille, miksi meidän on pidettävä huolta 2 ℃ lämpötilan muutoksesta
by Alan N Williams, et ai
Hallitustenvälisen ilmastomuutospaneelin (IPCC) viimeisimmässä raportissa todetaan, että ilman merkittävää vähennystä…
Maa on pysynyt asuttavana miljardeja vuosia - kuinka paljon onnekkaita saimme?
Maa on pysynyt asuttavana miljardeja vuosia - kuinka paljon onnekkaita saimme?
by Toby Tyrrell
Evoluutio kesti 3 tai 4 miljardia vuotta Homo sapiensin tuottamiseksi. Jos ilmasto olisi täysin epäonnistunut vain kerran siinä…
Kuinka 12,000 XNUMX vuoden takaisen sään kartoittaminen voi auttaa ennustamaan tulevaa ilmastonmuutosta
Kuinka 12,000 XNUMX vuoden takaisen sään kartoittaminen voi auttaa ennustamaan tulevaa ilmastonmuutosta
by Brice Rea
Viimeisen jääkauden loppua, noin 12,000 XNUMX vuotta sitten, leimasi viimeinen kylmävaihe nimeltä Nuoremmat Dryat.
Kaspianmeren on tarkoitus pudota vähintään 9 metriä tällä vuosisadalla
Kaspianmeren on tarkoitus pudota vähintään 9 metriä tällä vuosisadalla
by Frank Wesselingh ja Matteo Lattuada
Kuvittele, että olet rannikolla ja katsot merelle. Edessäsi on 100 metriä karuista hiekkaa, joka näyttää…
Venus oli jälleen kerran maankaltainen, mutta ilmastonmuutos teki siitä asumaton
Venus oli jälleen kerran maankaltainen, mutta ilmastonmuutos teki siitä asumaton
by Richard Ernst
Voimme oppia paljon ilmastonmuutoksesta sisarplaneettamme Venukselta. Venuksen pintalämpötila on tällä hetkellä…
Viisi epäuskoa ilmastoon: Kaatumiskurssi ilmaston väärinkäytöksissä
Viisi ilmastonmuutosta: Kaatumiskurssi ilmaston väärinkäytöksissä
by John Cook
Tämä video on kaatumiskurssi väärässä ilmastotiedossa, jossa esitetään yhteenveto tärkeimmistä argumenteista, joita on käytetty epäilemään todellisuutta…
Arktinen alue ei ole ollut näin lämmin 3 miljoonan vuoden ajan, mikä merkitsee suuria muutoksia planeetalle
Arktinen alue ei ole ollut näin lämmin 3 miljoonan vuoden ajan, mikä merkitsee suuria muutoksia planeetalle
by Julie Brigham-Grette ja Steve Petsch
Pohjoisen Jäämeren merijää peittyy joka vuosi matalaan pisteeseen syyskuun puolivälissä. Tänä vuonna se on vain 1.44…

UUSIMMAT ARTIKKELIT

vihreä energia2 3
Neljä vihreää vetymahdollisuutta Keskilännelle
by Christian Tae
Ilmastokriisin estämiseksi Keskilännen, kuten muun maan, on vähennettävä taloutensa täysin hiilidioksidipäästöistä…
ug83qrfw
Suuri este kysyntään on poistettava
by John Moore, Maan päällä
Jos liittovaltion sääntelyviranomaiset tekevät oikein, sähköasiakkaat Keskilännen alueella voivat pian ansaita rahaa…
ilmastoon istutettavat puut2
Istuta nämä puut parantaaksesi kaupunkielämää
by Mike Williams-Rice
Uusi tutkimus vahvistaa elävät tammet ja amerikkalaiset sycamorit mestareiksi 17 "superpuun" joukossa, jotka auttavat tekemään kaupungeista…
pohjoisen meren pohja
Miksi meidän on ymmärrettävä merenpohjan geologiaa valjastaaksemme tuulet
by Natasha Barlow, kvaternaarisen ympäristönmuutoksen apulaisprofessori, Leedsin yliopisto
Kaikille maille, joilla on helppo pääsy matalalle ja tuuliselle Pohjanmerelle, merituuli on avainasemassa tapaamisessa…
3 metsäpalooppituntia metsäkaupungeille, kun Dixie Fire tuhoaa historiallisen Greenvillen, Kaliforniassa
3 metsäpalooppituntia metsäkaupungeille, kun Dixie Fire tuhoaa historiallisen Greenvillen, Kaliforniassa
by Bart Johnson, maisema -arkkitehtuurin professori, Oregonin yliopisto
Kuumassa, kuivassa vuoristometsässä palava metsäpalo pyyhkäisi kultakuumeen kaupungin Greenvillessa Kaliforniassa 4. elokuuta…
Kiina voi saavuttaa energia- ja ilmastotavoitteet, jotka rajoittavat hiilivoimaa
Kiina voi saavuttaa energia- ja ilmastotavoitteet, jotka rajoittavat hiilivoimaa
by Alvin Lin
Johtajan ilmastohuippukokouksessa huhtikuussa Xi Jinping lupasi, että Kiina "valvoo tiukasti hiilivoimaloita ...
Sinistä vettä kuolleen valkoisen ruohon ympäröimänä
Kartta seuraa 30 vuoden äärimmäistä lumen sulamista Yhdysvalloissa
by Mikayla Mace-Arizona
Uusi kartta äärimmäisistä lumen sulamistapahtumista viimeisten 30 vuoden aikana selventää nopeaa sulamista edistäviä prosesseja.
Lentokone pudottaa punaisen palonestoaineen metsäpaloon, kun tien varrella pysäköidyt palomiehet katsovat oranssiin taivaaseen
Malli ennustaa 10 vuoden metsäpalojen puhkeamista ja sitten asteittaista laskua
by Hannah Hickey-U. Washington
Katse maastopalojen pitkän aikavälin tulevaisuuteen ennustaa aluksi noin vuosikymmenen pituisen metsäpalojen toiminnan,…

 Hanki uusimmat sähköpostitse

Viikkolehti Päivittäinen inspiraatio

Uudet asenteet - uudet mahdollisuudet

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 Sisäiset julkaisut. Kaikki oikeudet pidätetään.