הפקת החשמל מאנרגיה סולארית צפויה להפוך למשתלמת הרבה יותר בעתיד הקרוב הודות לפיתוח טרי של מדענים מאוניברסיטת סטנפורד
אנו חיים בתקופה בה המודעות לצורך באנרגיה חלופית גבוהה מתמיד. הצורך למצוא תחליף לדלק המאובנים הוא דוחק וממשי הן מסיבות פוליטיות והן מסיבות אקולוגיות. פתרונות האנרגיה הסולארית הקיימים היום בשוק הם האופציה הנפוצה ביותר מבין מקורות האנרגיה החולופיים. הקולטים הסולאריים מותקנים בסדרי גודל משתנים מחוות אנרגיה עצומות ועד למחשבוני כיס אך לכולם חסרון אחד. יעילות הטכנולוגיה הקיימת עומדת על 30-40 אחוז לכל היותר, מה שהופך את התמורה שלה עבור ההשקעה הכספית והיקף התחזוקה לנמוכה למדי.
מדענים מאוניברסיטת סטנפורד שבארה"ב סבורים שהפיתוח שלהם ישפר את אותה היעילות בכ-50 אחוזים. התאים הסולאריים שפיתחו מפיקים אנרגיה חשמלית לא רק מקרינת האור הפוגעת בהם אלא גם מהחום שהינו תוצר לוואי של התהליך. הטכנולוגיה החדשה צפויה לספק יעילות יצירת אנרגיה של כ-60%.
הקולט פועל בשיטת "תפוקה טרמית מואצת פוטונים" (PETE). בקולטים הקונבנציונאליים קרני האור פוגעים במוליך למחצה (לרוב סיליקון) ויוצרים זרם חשמלי בתהליך של ניתוק אלקטרונים מהאטומים על די הפוטונים הפוגעים בהם ותנועתם אל האנודה. התהליך בשיטת ה-PETE דומה אך מורכב יותר וכולל שלב נוסף.
קרני אור פוגעות בקטודה, האלקטרונים נעים מהקטודה דרך וואקום לאנודה אשר צמודה לצינור חום (Heat Pipe) שמוביל לטורבינת אדים |
המוליך למחצה בקולט הוא מהחומר גליום (בתמונה למטה). צורתו היא דמויית וואפל. צידו העליון קולט כמות מקסימלית של קרני אור וצידו התחתון מצוייד במחושים/ אנטנות אשר משגרות את האלקטרונים הניתקים מהקטודה אל האנודה דרך וואקום. באנודה נאספים האלקטרונים הנעים ונוצר זרם חשמלי. מתחת לאנודה ישנו צינור חום אשר אוסף את החום שנוצר באנודה. החומר בצינור מתאדה ומתעבה בתהליך מחזורי ותנועתו מפעילה טורבינה. הוואקום בקולט הפוטו-וולטי משמש תפקיד כפול. מלבד להוות תווך נטול חיכוך למסע האלקטרונים הוא משמש כמבודד בין האנודה החמה לקטודה והסביבה. כך מירב החום הנוצר מומר לאנרגיה חשמלית ואינו מתבזבז.
בשונה מקולטים סולאריים רגילים אשר יעילותם יורדת ככל שטמפרטורת הפעולה שלהם עולה, יעילותו של קולט ה-PETE עולה יחד עם הטמפרטורה. אחד הישומים ההגיונים לטכנולוגיה הוא בחוות המרכזות אנרגיה סולארית לנק' בודדת באמצעות אלפי מראות. היום בחוות מסוג זה מופנית אלומת האור המרוכזת אל מיכל מים רותחים אשר אידיהם מפעילים טורבינה היוצרת זרם חשמלי.
לטענת מפתחי הטכנולוגיה, החלפת מיכל המים בקולט PETE יעלה את התפוקה של חווה כזו בכ-50%. מה שיוריד את עלות הפקת האנרגיה הסולארית לטווח המחירים של הפקת אנרגיה משריפת דלק מאובנים.
כרגע התקן האב טיפוס מספק יעילות של 2% בלבד אך הנתון גדל פי 10 במהלך השנה האחרונה וצפוי לגדול פי 10 שוב בעתיד הקרוב. המפתחים סבורים שעל ידי שימוש במתכות כגון בריום בחלקיו של הקולט תתאפשר עבודה בטמפרטורות גבוהות של עד 500 מעלות צלזיוס וכך יעילות הטכנולוגיה תגיע למספרים מרשימים של 55-60 אחוז.
המטרה הסופית נותרת להיות מציאת דרך אפקטיבית וזולה מספיק לייצר חשמל בכמויות גדולות – בעזרת חומר גלם חינמי שאינו עתיד להיגמר בעתיד הנראה לעין.