Φωτοβολταϊκά στοιχεία θα αναπτυχθούν σαν καθαρή μορφή ενέργειας

Από σελίδα του UniSci, 25 Απριλίου 2002

Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Πολιτείας του Κολοράντο δημιουργούν μια αξιόπιστη και ανέξοδη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που θα μπορούσε να μειώσει αρκετά την εξάρτηση της ανθρωπότητας από τα ορυκτά καύσιμα.

Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, μια εναλλακτική παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, έχει επίσης τη δυνατότητα να ικανοποιήσει καλύτερα τις ενεργειακές ανάγκες των έξι δισεκατομμυρίων ανθρώπων σε παγκόσμιο επίπεδο, το ένα τρίτο των οποίων ζουν χωρίς ηλεκτρική ενέργεια.

Ο καθηγητής W.S. Sampath και η ερευνητική ομάδα του στο εργαστήριο εφαρμοσμένης μηχανικής των υλικών στην Πολιτεία  του Κολοράντο έχουν αναπτύξει μια τεχνολογία κατασκευής για να παραγάγουν αποτελεσματικά με χαμηλό κόστος, υψηλής ισχύος φωτοβολταϊκά ηλιακά κύτταρα. Σύμφωνα με τον Sampath, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, η νέα γενεά της ηλιακής ενέργειας, μπορεί να είναι μια από τις πιό προσιτές και αποδοτικές πηγές ενέργειας του μέλλοντος.

"Χωρίς κινούμενα μέρη ή εξωτερικά καύσιμα, οι φωτοβολταϊκές συσκευές μετατρέπουν άμεσα το απορροφημένο φως του ήλιου σε ηλεκτρικό αμέσως," είπε ο Sampath. "Οι μεγάλης ισχύος συσκευές δεν παράγουν κανένα απόβλητο ή ρύπανση, και με τη χρησιμοποίηση αυτής της τεχνολογίας που αναπτύσσεται στην πολιτεία του Κολοράντο, οι συσκευές μπορούν ενδεχομένως να παραχθούν μαζικά με χαμηλότερο κόστος."

Στις περιοχές χωρίς ηλεκτροφόρα καλώδια, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία έχουν θεωρηθεί από καιρό σαν η πιο οικονομική λύση για την τροφοδότηση των μικρής κλίμακας συστημάτων όπως είναι τα ηλιακά τηλέφωνα. Οι πρόσφατες βελτιώσεις στην τεχνολογία αυτή τα κάνουν μια βιώσιμη εναλλακτική λύση προς τα παραδοσιακά, καύσιμα -τα βασισμένα στο πετρέλαιο ή κάρβουνο.

Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία χρησιμοποιούνται αυτήν την περίοδο για να τροφοδοτήσουν διάφορα ηλεκτρονικά από τους δορυφόρους έως τα ψυχαγωγικά μέσα.

Ακόμη και εκεί όπου τα ηλεκτρικά κυκλώματα υπάρχουν, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι οικονομικώς πιό αποδοτικά στη Χαβάη, μερικά μέρη της Καλιφόρνιας και πολλών άλλων περιοχών του κόσμου. Στις περιοχές μάλιστα χωρίς ηλεκτροφόρα καλώδια, η τεχνολογία των ηλιακών κυττάρων είναι συχνά η μόνη πηγή αξιόπιστης ενέργειας και είναι οικονομικώς πιό αποδοτικά από το να εγκαταστήσει κάποιος ηλεκτρικά εργοστάσια.

Η ανικανότητα να παραχθούν μαζικά φωτοβολταϊκές συσκευές, στο παρελθόν, έχει καταστήσει αυτόν τον τύπο της ηλιακής ενέργειας ακριβό ή απλά μη διαθέσιμο στο κοινό. Το κόστος παραγωγής και η έλλειψη των δομικών υλικών έχουν αποτρέψει τη παραγωγή σε μεγάλη κλίμακας αυτής της τεχνολογίας.

"Η επέκταση της χρήσης των φωτοβολταϊκών περιορίζεται από την έλλειψη παραγωγικού όγκου και τη δυσκολία στην προσθήκη νέας κατασκευαστικής ικανότητας," είπε ο Kurt Barth, ένας ερευνητικός συνεργάτης στο Εργαστήριο της   Εφαρμοσμένης Μηχανικής των Υλικών. "Τα ηλιακά κύτταρα πρέπει να κατασκευαστούν όπως κι άλλα παραχθέντα μαζικά αντικείμενα προκειμένου να γίνουν διαθέσιμα και προσιτά στο κοινό. Μόλις φτάσουμε σε εκείνο το σημείο, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία θα είναι μια από τις πιό περιβαλλοντικά καθαρές και οικονομικώς αποδοτικές πηγές ενέργειας στον κόσμο."

Η ερευνητική ομάδα του Κολοράντο, που υποστηρίζεται με τη χρηματοδότηση από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστήμης και άλλους φορείς έχει αναπτύξει λύσεις στους περιορισμούς της μαζικής παραγωγής.

Εκτός από το να καταστήσει τα ηλιακά κύτταρα αποτελεσματικότερα και αποδοτικά, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια μηχανή που παράγει ηλιακά κύτταρα τριών τετραγωνικών ιντσών σε ρυθμό ενός ηλιακού κυττάρου κάθε δύο λεπτά, μια αύξηση μέχρι 100 φορές γρηγορότερα από άλλες τεχνολογίες αυτής της περιόδου.

Ο εξοπλισμός έχει ένα χαμηλό κύριο κόστος και, αντίθετα από άλλες τεχνολογίες παραγωγής ηλιακών κυττάρων, είναι πλήρως αυτοματοποιημένος. Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για να παραγάγουν τα κύτταρα είναι βιομηχανικά υποπροϊόντα που είναι φθηνά για να αγοραστούν και εμπορικά διαθέσιμα σε μεγάλη ποσότητα.

Η ομάδα των μηχανικών χτίζει αυτήν την περίοδο μια μεγαλύτερη μηχανή ενός τετραγωνικού ποδιού, τα οποία θα είναι 16 φορές ισχυρότερα. Πέντε έως 10 ώρες παραγωγής στη μεγαλύτερη μηχανή θα κάνουν αρκετά ηλιακά κύτταρα για να τροφοδοτήσουν ένα μέσο σπίτι.

Η σύνδεση διάφορων κυττάρων μαζί έχει τη δυνατότητα να δημιουργήσει μεγαλύτερες εφαρμογές όπως η παροχή ηλεκτρικής ισχύος σε μια ολόκληρη πόλη.

Δεδομένου ότι η έρευνα και η ανάπτυξη για την τεχνολογία έχουν ολοκληρωθεί ήδη, οι κύριες απαιτήσεις για αυτές τις μηχανές γίνονται λιγότερο ακριβές και πολλές μονάδες παραγωγής θα μπορούσαν να χτιστούν για να ικανοποιήσουν τη ζήτηση στην αγορά στο εγγύς μέλλον, σύμφωνα με τον Sampath.

Αυτές οι πρόοδοι έχουν τη δυνατότητα της μείωσης του κόστους της κατασκευής των φωτοβολταϊκών στοιχείων σε λιγότερο από 1$ ανά Watt ηλεκτρικής ενέργειας που παράγονται, ένα κόστος που είναι ανταγωνιστικό με τις παρούσες μεθόδους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο μεγαλύτερο μέρος των Ηνωμένων Πολιτειών και του κόσμου.

Οι επιστήμονες υπολογίζουν ότι ο παγκόσμιος πληθυσμός θα φθάσει σε περισσότερα από οκτώ δισεκατομμύρια άτομα μέχρι το έτος 2025, και με μια προσδοκώμενη αύξηση 80 τοις εκατό στην ετήσια παγκόσμια ενεργειακή παραγωγή, ή   ισοδυνάμως περίπου 12 τρισεκατομμύρια βαρέλια πετρελαίου ετησίως.

"Καθώς το πετρέλαιο, ο άνθρακας, τα πυρηνικά και το φυσικό αέριο μειώνονται και τα περιβαλλοντικά προβλήματα που συνδέονται με την αυξανόμενη καύση των ορυκτών καυσίμων αυξάνονται, η ανάγκη για τη χρήση της ανανεώσιμης ενέργειας αναμένονται να αυξηθεί σημαντικά," λέει ο Sampath. "Εργαζόμαστε για να βοηθήσουμε να ικανοποιήσουμε εκείνη την ανάγκη εκ των προτέρων."