By După ce decenii la rând nu s-a discutat public mai nimic despre avansul tehnologiilor de energie regenerabile, urgența climatică și toate consecințele sale pe această direcție vădesc faptul că de fapt cercetările nu s-au oprit niciodată.
Din fericire, în spatele urgențelor de tot felul care s-au derulat ciclic în prim-planul preocupărilor opiniei publice și decidenților în ultimii ani, oamenii de știință au continuat să performeze și să inoveze. Iar astăzi, când este mai multă nevoie ca oricând, veștile despre produse uimitoare se țin lanț. Din această categorie face parte indiscutabil și realizarea specialiștilor de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) care au anunțat crearea unei tehnici de fabricație scalabilă cre are ca rezultat celule solare ultrasubțiri, ușoare, care pot fi lipite pe orice suprafață, pe care o transformă într-o sursă de energie.
Furnizează energie „din mers” – oriunde, oricând
Aceste celule solare durabile, flexibile, care sunt mult mai subțiri decât un fir de păr uman, sunt lipite de o țesătură puternică și ușoară, ceea ce le face ușor de instalat pe o suprafață fixă. Ele pot furniza energie din mers, ca o țesătură portabilă, sau pot fi transportate și instalate rapid în locații îndepărtate, pentru asistență în situații de urgență. Acestea au a suta parte din greutatea panourilor solare convenționale, generează de 18 ori mai multă putere pe kilogram și sunt fabricate din cerneluri semiconductoare folosind procese de imprimare care pot fi scalate în viitor la producție pe suprafețe mari.
Dat fiind faptul că sunt atât de subțiri și ușoare, aceste celule solare pot fi laminate pe multe suprafețe diferite. De exemplu, ar putea fi integrate pe pânzele unei bărci, pentru a furniza energie pe mare, sau lipite pe corturi și prelate desfășurate în operațiunile de recuperare în caz de dezastru ori aplicate pe aripile dronelor, pentru a extinde raza de zbor a acestora. Această tehnologie solară poate fi integrată cu ușurință în medii construite, cu necesități minime de instalare.
„Țesăturile solare ușoare permit integrabilitatea, oferind un impuls pentru activitatea curentă. Ne străduim să accelerăm adaptarea solară, având în vedere necesitatea urgentă actuală de a implementa noi surse de energie fără dioxid de carbon”, explică specialistul Vladimir Bulović, de la Catedra Fariborz Maseeh în Tehnologie Emergentă și autor principal al unei lucrări care descrie inovația publicată în Small Methods
Celule solare lipite de materialul Dyneema, ultraușor și superrezistent
Celulele solare tradiționale din siliciu sunt fragile, așa că trebuie să fie închise în sticlă și ambalate într-un cadru greu și gros din aluminiu, ceea ce limitează locul și modul în care pot fi instalate. Dar în urmă cu șase ani – cam când întreaga lume avea preocupările de fiecare zi îndreptate spre revenirea după criza financiară globală – echipa ONE Lab a MIT a produs celule solare folosind o clasă emergentă de materiale cu peliculă subțire, care erau atât de ușoare, încât puteau sta deasupra unui balon de săpun. Aceste celule solare ultrasubțiri au fost fabricate folosind procese complexe, bazate pe vid, care pot fi costisitoare și dificil de extins. Ca urmare, experții au căutat altă soluție – și-au propus să dezvolte celule solare cu peliculă subțire care sunt în întregime imprimabile, folosind materiale pe bază de cerneală și tehnici de fabricație scalabile.
Pentru a le produce, au folosit nanomateriale sub forma unor cerneluri electronice imprimabile. Practic, se acoperă structura celulei solare folosind un strat de acoperire cu matriță, care depune straturi de materiale electronice pe un substrat pregătit, degajabil, care are o grosime de numai 3 microni. Folosind serigrafia (o tehnică similară modului în care modelele sunt adăugate la tricourile serigrafiate), un electrod este depus pe structură pentru a completa modulul solar.
Cercetătorii pot apoi dezlipi modulul imprimat, care are o grosime de aproximativ 15 microni, de pe substratul de plastic, formând un dispozitiv solar ultraușor.
Dar astfel de module solare subțiri, independente, sunt dificil de manevrat și se pot rupe cu ușurință, ceea ce le-ar face dificil de implementat. Pentru a rezolva această provocare, echipa MIT a căutat un substrat ușor, flexibil și de mare rezistență, la care să poată adera celulele solare. Ei au identificat țesăturile ca fiind soluția optimă, deoarece oferă rezistență mecanică și flexibilitate, cu puțină greutate adăugată. Materialul ideal s-a dovedit a fi o țesătură compozită care cântărește doar 13 grame pe metru pătrat, cunoscută comercial sub numele de Dyneema, făcută din fibre atât de puternice, încât au fost folosite ca frânghii pentru a ridica vasul de croazieră scufundat Costa Concordia de pe fundul Mării Mediterane.
Adăugând un strat de adeziv care se întărește cu radiații UV, cu o grosime de doar câțiva microni, modulele solare aderă pe foile din această țesătură, rezultând astfel o structură solară ultra-ușoară și robustă mecanic. „Deși ar putea părea mai simplu să fie imprimate celulele solare direct pe țesătură, acest lucru ar limita selecția posibilelor țesături sau a altor suprafețe de recepție la cele care sunt compatibile chimic și termic cu toți pașii de procesare necesari pentru realizarea dispozitivelor. Abordarea decuplează fabricarea celulelor solare de integrarea finală”, explică Mayuran Saravanapavanantham, student absolvent de inginerie electrică și informatică la MIT, care a participat la elaborarea noii tehnologii.
De 18 ori mai multă putere pe kilogram decât sistemele convenționale
Când au testat dispozitivul, cercetătorii MIT au descoperit că ar putea genera 730 de wați pe kilogram atunci când este independent și aproximativ 370 de wați pe kilogram dacă este implementat pe materialul Dyneema de înaltă rezistență, ceea ce este de aproximativ 18 ori mai multă putere pe kilogram decât celulele solare convenționale. „O instalație solară tipică pe un acoperiș din Massachusetts este de aproximativ 8.000 de wați. Pentru a genera aceeași cantitate de energie, fotovoltaica noastră ar adăuga doar aproximativ 20 de kilograme pe acoperișul unei case”, adaugă Saravanapavanantham, citat de techxplore.com.
Cercetătorii au testat, de asemenea, durabilitatea dispozitivelor și au descoperit că, chiar și după rularea și desfășurarea unui panou solar din țesătură de peste 500 de ori, celulele au păstrat în continuare mai mult de 90% din capacitățile lor inițiale de generare a energiei.
Mult mai ușoare și mult mai flexibile decât celulele tradiționale, noile dispositive ar trebui să fie închise într-un alt material pentru a le proteja de mediu – materialul organic pe bază de carbon folosit pentru fabricarea celulelor ar putea fi modificat prin interacțiunea cu umiditatea și oxigenul din aer, ceea ce le-ar putea deteriora performanța.
„Încapsularea acestor celule solare în sticlă, așa cum este standard cu celulele solare tradiționale cu siliciu, ar minimiza valoarea progresului actual, astfel încât echipa dezvoltă în prezent soluții de ambalare ultrasubțire, care ar crește doar fracțional greutatea dispozitivelor. Lucrăm pentru a elimina cât mai mult material care nu este activ solar, păstrând în același timp factorul de formă și performanța acestor structuri solare ultraușoare și flexibile. Acest lucru ar accelera introducerea acestei tehnologii pe piață”, detaliază cercetătorul Jeremiah Mwaura, de la MIT Research Laboratory of Electronics.
Comments