חוקרים מ-MIT יצרו מערכים תלת מימדיים ייחודיים של תאים פוטו-וולטאים אשר מסוגלים להכפיל את ההספק המיוצר ליחידת שטח עד פי 20
המרה של אנרגיה סולארית לאנרגיה חשמלית ואגירתה הוא אחד מנושאי המחקר הבולטים ביותר בעולם האקדמיה כולו בתקופה זו, ומעניק לנו כמות מכובדת של פיתוחים וגילויים חדשים ומרשימים אשר הושגו בזעת אפיים ודרך עבודה קשה.
עם זאת, ממש כמו גילויו של 'חומר הפלא' גרפן (Graphene) מתוך הגרפיט הנפוץ, לפעמים נדמה כי ישנן מהפכות שנדמה כי היו ממש מתחת לאף שלנו כל הזמן. המחשה אפשרית לסברה זו מגיעה אלינו כעת תודות לצוות מדענים ממכון MIT, שמצא כי סידורם של תאים פוטו-וולטאים במבנים תלת מימדיים ספציפיים עשוי להכפיל את תפוקת ההספק ליחידת שטח (או נפח, תלוי איך מסתכלים על זה) בין פי 2 ועד לפי 20 לעומת המערכים המישוריים המקובלים כיום – 'איך לא חשבו על זה קודם?' היא תמיהה שבהחלט עולה לראש.
החוקרים עשו שימוש באלגוריתם ממוחשב על מנת לחשב ולגלות אילו מבנים ומערכים של תאים פוטו-וולטאים עשויים להניב את התועלת הגדולה ביותר, תוך שהם מפתחים כלים אנליטיים שיאפשרו להם לדמות את התנהגותם במגוון סביבות גיאוגרפיות, מזגי אוויר ותנאי אקלים שונים. שלושת המבנים שכיכבו בראש הרשימה הוירטואלית זכו לקום לתחיה במעבדותיו של המכון ממסצ'וסטס, והצליחו להפתיע את כולם.
לאחר מספר שבועות של בדיקות ומדידות מעשיות, גילו המדענים כי "המגדלים" הפוטו וולטאים מציעים שיפור ניכר בכמות ההספק שמיוצר עבור יחידה מרחבית בסיסית, בייחוד בתנאים בהם תאים פוטו וולטאים רגילים סובלים מאפקטיביות נמוכה מאוד כמו עננות גבוהה, שעות הזריחה והשקיעה של השמש ועוד.
הצוות משוכנע כי הגילויים החדשים יוכלו לשפר את ביצועיהן של מערכות סולאריות בכל מקום תוך הענקת תפוקה גבוהה ואחידה יותר לאורך מספר רב של שעות, ולהפוך את הטכנולוגיה לכדאית מאי פעם גם עבור איזורים מאתגרים אשר רחוקים מקו המשווה או בעלי אקלים בעייתי.
| ממש כמו בתעשיית השבבים ובעולם הסרטים, כנראה שגם בתחום האנרגיה הסולארית תלת מימד הוא הדבר הגדול הבא | |
המחקר החדש עשה משהו שלא תמיד רואים בתחום האקדמי כשניסה לשלב בין הממצאים המדעיים ליכולת ליישם אותם באופן ממשי. כך, למשל, אחת מן הצורות התלת מימדיות שהוגדרו כטובות ביותר עבור התאים הפוטו וולטאים הייתה קוביה בעלת מספר רב של גומות על דפנותיה – משהו שקשה מאוד לייצר במסגרת הטכנולוגיה שזמינה כיום בתחום. החוקרים המשיכו לחקור ומצאו כי מבנה קוביה פשוט בעל דפנות שטוחות מאבד רק בין 10 ל-15 אחוז מן התפוקה לעומת הקוביה המשוכללת, אך קל לייצור והרכבה באופן משמעותי.
מבנה נוסף שהוכח כיעיל עד מאוד הוא מגדל תאים פוטו וולטאים דמוי אקורדיון, שיוכל להתקפל לכדי צורה מישורית לחסכון במקום ולהיפרש בעת הצורך לתפוקת הספק מירבית, מה שעשוי להפוך אותו לפתרון טוב מאוד עבור מגוון שימושים מקוריים (מכונית חשמלית או היברידית שתפרוש את התא הפוטו וולטאי שעל הגג שלה בעת חניה להטענה חוזרת של סוללותיה היא דוגמא אחת).
בצוות המחקר לא מסתירים את העובדה שיצירת מבנים תלת מימדיים מן התאים הפוטו וולטאים תייקר את מחירם לעומת תאים פוטו וולטאים מישוריים (היות ונדרש מספר גדול יותר של תאים לכל יחידת שטח), אך סבורים כי ההתפתחות הגדולה שעבר ועובר התחום בשנים אלו הופכת את הרעיון לכדאי, ואפילו מאוד.
"לפני 10 שנים בלבד, רעיון שכזה היה בלתי ניתן ליישום בשל המחיר הגבוה של המערכים הפוטו וולטאים התלת מימדיים. כיום, המחיר של התאים הפוטו וולטאים הסיליקוניים עצמם הינו רק חלק קטן יחסית מן המחיר הכולל שמאפיין את הקמתה של מערכות סולאריות, כאשר כ-65 אחוז מן העלות הכללית מקורה בהתקנה, בציוד המשמש לאגירת והולכת האנרגיה החשמלית, בקבלת האישור להשתמש בשטח ועוד" הסביר אחד מהחוקרים, והוסיף כי מחירם של התאים עצמם צפוי להוסיף ולרדת בעתיד הקרוב.
פיתוחם של מערכים פוטו וולטאים תלת מימדיים אינו עומד בניגוד לפיתוחם של התאים עצמם, ועל כן כל שדרוג בנצילות המרת האנרגיה הסולארית יוכל להשתלב גם כאן, ולתרום להגדלת התפוקה היחסית עוד יותר.
המוחות ב-MIT חוזים פוטנציאל גדול למגדלים הסולאריים שלהם עבור יישומים בהם אין הרבה מקום פנוי – גגות מבנים לדוגמא, ומתכוונים להמשיך לפתח את הרעיון במטרה להתגבר על אתגרים כמו צל וחסימה של אור השמש שיופיעו כשמערכים שכאלו ימוקמו בהמוניהם ובצפיפות גדולה, במטרה לוודא אפקטיביות מירבית שלהם גם בעת שימוש "בעולם האמיתי".
אנחנו נאחל להם הרבה הצלחה במשימה, ואתם?
דיווח חדשותי קצר על המיזם המסקרן להלן:
