Kapcsolatfelvétel

Zöldinfó

Magyar kutatóknak köszönhetően lesznek még hatékonyabbak a napelemek

Létrehozva:

|

A szakértők szerint a metilammónium-ólom-halid-perovszkit nevű anyagcsalád alkalmazása rendkívül ígéretes a napelemiparban.

A napelemek az elmúlt évtizedekben elképesztő fejlődésen estek át, de a kutatók szerint a technológiában még mindig rengeteg kiaknázatlan lehetőség rejlik. A fotovoltaikus megoldások az élet egyre több területén jelennek meg, mérséklik az emissziót, illetve csökkentik az villanyszámlákat. Napjainkban, az energiaválság idején a napelemek különösen nagy jelentőséggel bírnak. A technológia az elkövetkező időszakban bizonyosan még fejlettebbé válik majd, az ipar például komoly erőforrásokat fordít arra, hogy megtalálja a hagyományos, szilícium alapú napelemes anyagok hatékonyabb alternatíváit. Ilyen ígéretes jelölt a nemrégiben felfedezett, úgynevezett metilammónium-ólom-halid-perovszkit család, amely rendkívüli fotovoltaikus tulajdonságokkal bír, könnyű és olcsón előállítható – írja az alternativenergia.hu.

Míg a hagyományos anyagok tipikus hatásfoka 15 százalék körül mozog, addig az új anyagcsalád használatával laboratóriumi körülmények között már 30 százalékos hatásfokot is elértek. A szakértők abban bíznak, hogy az arány tovább növelhető, a nem szilícium alapú anyag napelemes felhasználása pedig további anyagok vizsgálatára sarkallja a kutatókat.

Advertisement

Ezt a különleges, új családot vizsgálták a közelmúltban magyar kutatók részvételével. A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) munkatársai szerint a napelem-alapanyagok a fény energiáját úgy hasznosítják, hogy a bejövő fotonok hatására bennünk elektronlyuk-párok jönnek létre, amelyek aztán áramot termelnek. A napelem belsejében gerjesztett töltéshordozó párok mennyisége, illetve élettartama rendkívül fontos a felhasználhatóság szempontjából, rekombináció esetén a gerjesztett elektronlyuk-párok például megsemmisülnek. A félvezető anyagban a rekombináció előtt a réteget elhagyó töltéshordozók révén termelődik energia, az új típusú félvezetők rekombinációs idejének vizsgálatából ezért jobban megismerhető napelemként való felhasználhatóságuk.

A BME munkatársai új tanulmányukban ezért a rekombinációs időt, valamint a gerjesztett töltéshordozó mennyiséget elemezték. A publikáció vezető szerzője Bojtor András, az egyetem doktorandusza, aki tanulmányai mellett a Semilab Félvezető Fizikai Laboratórium Zrt.-nél dolgozik. A vizsgálatot Forró László professzorral végezte a Lausanne-i Svájci Szövetségi Műszaki Egyetemen.

Advertisement

Megannyi lehetőség

A napból négyzetméterenként megközelítőleg 1 kilowatt fényteljesítmény érkezik, hazánkban pedig átlagosan 2000 az éves napsütéses órák száma. Átlagos fekvésnél és tájolásnál úgy lehet számolni, mintha a napelemeket 1000 órán át derékszögben sütné a nap. Évi 2500 kilowattóra fogyasztás mellett tehát a rendszernek 2500 wattos csúcsteljesítménnyel kell bírnia. A jelenlegi technológia hatásfokát figyelembe véve ehhez 17 négyzetméternyi napelem szükséges, az új megoldásoknak köszönhetően a méret ugyanakkor tovább csökkenhet. A technológiával emellett olyan fotovoltaikus rendszereket is létrehozhatnának, melyek autók tetejére telepíthetőek. Ezek segítségével az elektromos járművek magukat tölthetnék, ami tovább mérsékelné a fenntartási költséget és az emissziót. Mivel egy átlagos személyautón 4 négyzetméternyi napelem fér el, 10 kilowattóra energia pedig megközelítőleg 100 kilométer megtételéhez elég. Amennyiben kellően nagy a napelemes rendszer hatásfoka, az autó minden nap akár 100 kilométert is megtehetne „saját” energiával.

Advertisement

A BME és az Eötvös Kutatási Hálózat Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársai a Lausanne-i Svájci Szövetségi Műszaki Egyetemen és az amerikai Notre Dame-i Egyetem szintén többnyire magyar kutatóival vizsgálták a metilammónium-ólom-halid-perovszkitekben a keletkező töltéshordozók élettartamát és azok számát. A vizsgálat során 4 kelvinre hűtötték a család három eltérő anyagát, majd a hőmérséklet emelésével, 300 kelvinig figyelték a rekombinációs folyamatot. A szakértők azt dokumentálták, hogy az anyagok szerkezeti átalakulásai miként hatnak a napelem-hatásfokra, amiből meg tudták állapítani, hogy milyen további elemzések szükségesek.

Összehasonlították a jódot, brómot és klórt tartalmazó mintát, megfigyelték a minta gyors és lassú hűtése során jelentkező különbséget, illetve három, eltérő mintakészítési módszerrel létrehozott metilammónium-ólom-bromid kristálynál a morfológia rekombinációra gyakorolt hatását. „Nagyon izgatottak vagyunk, hogy a kutatásaink révén esetleg a napelem anyagok újabb generációja előtt nyílhat meg az út, egyben lelkesen folytatjuk a további kutatásokat ebben az irányban” – mondta Simon Ferenc, a BME egyetemi tanára.

Advertisement

Zöldinfó

Nagy átalakulások előtt áll az energiaszektor

Az IEA szerint a világ olaj- és gázigénye 2050-ig növekedhet.

Létrehozva:

|

Szerző:

Töltse ki a napelem-kalkulátort, és tudja meg, mennyibe kerülhet az Ön rendszere! Ingyenes kalkulálás itt (x)

A globális energiaigény a következő évtizedekben folyamatosan bővül, az olaj- és gázkereslet 2050-ig növekedhet, elsősorban mobilitási, fűtési-hűtési, világítási, háztartási, ipari, valamint adat- és AI-alapú szolgáltatások miatt a Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) publikált éves World Energy Outlook (WEO) kiadványa szerint. Az előrejelzés szerint a globális energiaigény 2035-re 15 százalékkal emelkedik a jelenlegi szinthez képest. A prognózis a meglévő kormányzati politikákat veszi figyelembe, és nem az éghajlati célok elérésére irányuló törekvéseket – írja az alternativenergia.hu. Az IEA legutóbb 2019-ben alkalmazta a “jelenlegi politikai helyzet” forgatókönyvét előrejelzéseihez, majd 2020-tól áttért a tiszta energiára való átállásnak és a század közepére kitűzött nettó nulla kibocsátás elérését célzó ígéretekhez jobban megfelelő előrejelzésekre. Az idei előrejelzésben már nem szerepel az ígéretek forgatókönyve. A növekedés motorjai az IEA szerint a feltörekvő gazdaságok, India, Délkelet-Ázsia, Közel-Kelet, Afrika és Latin-Amerika lesz, amelyek átveszik a dinamikát Kínától, amely 2010 óta a globális olaj- és gázigény növekedésének felét, valamint az áramigény bővülésének 60 százalékát adta.

Az energiafogyasztás növekedése a feltörekvő régiókban gazdasági fejlődést, az energia-intenzív ipari és szolgáltatási szektorok bővülését vonja majd maga után. A jelentés szerint az olajpiacon rövid távon bőséges kínálat várható, amit a jelenlegi 60-65 dolláros árak is tükröznek a geopolitikai feszültségek ellenére. A globális olajigény növekedése mérséklődik, de továbbra is jelentős a közlekedés és ipar miatt; a feltörekvő gazdaságok veszik át a bővülés nagy részét Kínától. A kereslet növekedése azonban mérséklődik: a WEO-jelentés rámutat, hogy az olaj-kereslet bővülése lassabb lehet, különösen ha az átállás és az alternatív energiák terjedése gyorsul. A jelenlegi politikai forgatókönyv szerint a globális LNG-piac 2024-ben körülbelül 560 milliárd köbméterről 2035-re 880 milliárd köbméterre, 2050-re pedig 1020 milliárd köbméterre nő, amit az adatközpontok és a mesterséges intelligencia növekedése által ösztönzött energiakereslet növekedése hajt.

A kínálat-oldalon új LNG-exportnövelő és bővülő finomítási kapacitások jelennek meg és fejtenek majd ki árnyomást az olaj- és gázpiacokon: 2030-ra mintegy 300 milliárd köbméter új LNG-exportkapacitás lép működésbe, ami 50 százalékos globális kínálat-növekedést jelent. Ennek fele az Egyesült Államokban, 20 százaléka Katarban épül ki. A jelentés kiemeli, hogy bár jelenleg az olaj- és gáz-kínálat viszonylag stabilnak látszik, a geopolitikai kockázatok továbbra is fennállnak. A földgázigényt felfelé módosították a WEO-ban, főként az ipari és áramtermelési igények miatt; a bővülés elsősorban a feltörekvő régiókra koncentrálódik. A jelentés szerint különösen az elektromos energia szerepe erősödik az energiakeresletben, az áramfogyasztás gyorsabban növekszik, mint az összes energia-felhasználás. A befektetések már most is nagy részben az elektromos energiaellátásra és az elektromos végfelhasználásra irányulnak – például hálózatok, a tárolási és áram-termelési kapacitás bővítésébe. Az áramigény növekedése jórészt az adatközpontok és AI-felhasználás bővülésére vezethető vissza; 2025-ben 580 milliárd dollár befektetés várható adatközpontokba, ami meghaladja az olajellátásba irányuló 540 milliárd dollárt.

Advertisement

Az elektromos hálózatok, az akkumulátorok és az elektromos járművek előállításához elengedhetetlen kritikus ásványok finomításának/feldolgozásának földrajzi koncentrációja magas marad: egy ország dominál mintegy húsz kulcsfontosságú ásványi anyag finomításának mintegy 70 százalékában, ami 2020 óta tovább erősödött (különösen nikkel és kobalt esetében). A szóban forgó ásványi anyagok döntő szerepet játszanak az AI chipek, a sugárhajtóművek, a védelmi rendszerek és más stratégiai iparágakban is. A bejelentett projektek alapján a diverzifikáció lassú, ami szűkös kínálatot okozhat, növelve ezáltal a geopolitikai függőségi viszonyokat.

Két évtizedes stagnálás után a globális atomenergia-termelőkapacitás legalább harmadával bővül 2035-re, hagyományos nagy léptékű erőművek és új fejlesztések (például kis moduláris reaktorok) révén. Az atomenergia iránti keresletet a gazdasági növekedés és az AI-szolgáltatások stabil áramellátás iránti igénye erősítette fel. A WEO-jelentés hangsúlyozza, hogy a kereslet-kínálati egyensúly fenntartása érdekében a kormányoknak diverzifikálniuk kell a forrásokat és növelniük a nemzetközi együttműködést, miközben a hagyományos olaj- és gázpiaci, illetve az ásványok és az elektromos áram által újonnan jelentkező kockázatok együttes kezelése kulcsfontosságú a turbulens piacokon. A kiadvány alapvetően nem előrejelzés, hanem a beruházási és politikai döntési pontok sorra vételének a szándékával készült.

Advertisement
Tovább olvasom

Ezeket olvassák