IBM udoskonala proces pozyskiwania energii słonecznej

Badania IBM prowadzą do przełomu w technologii wytwarzania ogniw słonecznych. „Ciekły metal” jest kluczowym elementem innowacji IBM, która znacznie zmniejszy koszt produkcji ogniw słonecznych.

Krok w kierunku nowej technologii ogniw

Naukowcy IBM wykorzystali dużą soczewkę, aby skupić światło słoneczne o mocy około 230 watów w ogniwie o powierzchni zaledwie jednego centymetra kwadratowego. Energia ta została następnie przekształcona w 70 watów użytecznej mocy elektrycznej. Jest to około pięć razy więcej niż w przypadku typowych ogniw słonecznych, które używają koncentratorowych układów fotowoltaicznych (tzw. CPV). Jest to najwyższa moc kiedykolwiek uzyskana z tak małego ogniwa.

Nowe farmy energetyczne

Zdaniem ekspertów IBM, jeśli uda się przezwyciężyć dodatkowe problemy techniczne i rozpocząć masową produkcję nowych ogniw, to znacznie zmniejszy się koszt typowej słonecznej farmy CPV. Używając mniejszej liczby ogniw fotowoltaicznych i koncentrując większą ilość światła na każdej z nich przy użyciu bardziej pokaźnych soczewek, system IBM oferuje duże korzyści finansowe, ponieważ zmniejsza ogólną liczbę komponentów i tym samym oferuje zupełnie nowe możliwości produkcyjne. Dzięki przejściu z systemu 200-sunowego („sun” — to miara równa energii słonecznej występującej w południe podczas bezchmurnego, letniego dnia), w którym na ogniwie skupia się około 20 wat mocy na centymetr kwadratowy, na system 2300- sunowy, w którym na zespole ogniw koncentruje się 230 wat na centymetr kwadratowy, IBM dziesięciokrotnie zmniejszy liczbę ogniw fotowoltaicznych i innych komponentów potrzebnych do generowania energii.

„Wierzymy, że IBM może wykorzystać swoje unikalne kompetencje w zakresie półprzewodników i nanotechnologii w istotnej części prowadzonych badań nad poszukiwaniem alternatywnych źródeł energii” — powiedział dr Supratik Guha, naukowiec prowadzący badania nad energią słoneczną w IBM Research.

Ogniwa są podstawą  

Kluczowym punktem rozwiązania są elementy chłodzące ogniwa słoneczne. Skupienie odpowiednika światła 2000-sunowego na tak małym obszarze wytwarza ciepło zdolne do roztopienia stali nierdzewnej, czego zresztą badacze wielokrotnie doświadczyli podczas eksperymentów. Jednak dzięki innowacjom opracowanym na potrzeby układów komputerowych zespół zdołał schłodzić ogniwo słoneczne z temperatury przewyższającej 1600 stopni Celsjusza do zaledwie 85 stopni.

Na czym polega przełom

Zespół badawczy IBM opracował przełomowy system, łącząc komercyjne ogniwo słoneczne z zaawansowanym systemem chłodzenia ciekłym metalem za pomocą metod używanych w branży mikroprocesorowej. Mówiąc dokładniej, zespół IBM użył bardzo cienkiej warstwy ciekłego metalu złożonej z galu i indu, umieszczając ją między układem a blokiem chłodzącym. Takie warstwy, nazywane warstwami interfejsu termicznego, przenoszą ciepło z układu do bloku chłodzącego, co pozwala utrzymać niską temperaturę układu. Rozwiązanie IBM z ciekłym metalem oferuje najwyższą dostępną dziś sprawność termiczną, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów. Technologia ta została wcześniej użyta do chłodzenia wysokowydajnych chipów komputerowych.

Oczekuje się, że technologie koncentracji światła słonecznego zaoferują najtańszy sposób produkcji elektryczności na dużą skalę, ale kontrola temperatury w ogniwach optycznych wciąż stanowi problem ze względu na wysoki stopień skupienia światła.