Jak ze szklarni zrobić elektrownię

Reklama

Obrazek użytkownika koscielniakk
czw., 03/14/2019 - 20:55 -- koscielniakk

Przezroczyste ogniwa słoneczne na dachach szklarni mogą wytwarzać energię elektryczną, podczas gdy poniżej rosną rośliny.

 

Ogniwa słoneczne to urządzenia, które przetwarzają światło słoneczne w energię elektryczną. Technologia ta umożliwia wytwarzanie energii w sposób bardziej przyjazny dla Ziemi niż spalanie węgla i innych paliw kopalnych. Niemniej jednak, panele ogniw słonecznych potrzebują dużo otwartej, słonecznej przestrzeni, aby móc światło to absorbować. Tam gdzie przestrzeń jest ograniczona, ludzie mogą być zmuszeni do wybierania między panelami słonecznymi a polami uprawnymi. Co jednak, gdyby można było jednocześnie uprawiać rośliny i wytwarzać elektryczność? Dla Yanga rozwiązanie jest jasne: przezroczyste ogniwa słoneczne.

Yang jest fizykiem na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles. Zajmuje się badaniem ogniw słonecznych, znanych również jako ogniwa fotowoltaiczne. Często wykorzystuje się w nich krzem, lecz Yang pracuje z wersjami opartymi na węglu. Takie ogniwa słoneczne są znane jako OPV - organiczne ogniwa fotowoltaiczne (ang. organic photovoltaics). OPV są elastyczne i proste w wykonaniu. Niedawno kilka grup naukowców stworzyło OPV, które są przezroczyste bądź jasne.

Ponieważ przepuszczają one światło, jeden z uczniów Yanga zaproponował umieszczenie OPV na dachu szklarni. To zainspirowało zespół Yanga do stworzenia i przetestowania ogniwa słonecznego, które może zarówno wytwarzać energię elektryczną, jak i przepuszczać ilość światła wystarczającą do uprawiania roślin.

Światło słoneczne składa się z wielu kolorów - długości fal świetlnych. Kolory, które widzimy - od fioletu po czerwień - nazywane są światłem widzialnym. Długości ich fal wahają się od 400 do 700 nanometrów. (Nanometr to jedna miliardowa metra). Ogniwa słoneczne Yanga przepuszczają światło widzialne, co sprawia, że wyglądają na przejrzyste, lecz by wytworzyć energię elektryczną, ogniwa słoneczne muszą również część światła pochłaniać. Modele stworzone przez Yanga absorbują promieniowanie podczerwone, które odpowiada długości fali od 700 nanometrów do 1 milimetra. Około połowa światła pochodzącego od słońca to podczerwień. Ludzie nie są w stanie jej zobaczyć, ale niektóre zwierzęta, takie jak węże i nietoperze, potrafią ją wyczuwać.

Rośliny nie potrzebują światła podczerwonego. W zasadzie, do wzrostu potrzebują jedynie niewielkiej ilości światła widzialnego. Większość roślin pochłania czerwone i niebieskie światło a zielone odbija (dlatego większość roślin jest właśnie zielona). Zespół Yanga chciał sprawdzić, czy światło widzialne, które przechodzi przez przezroczyste ogniwa słoneczne wystarczy do tego, by rośliny rosły.

Jego zespół nie miał wystarczającej ilości materiałów, aby zbudować całą szklarnię. Zamiast tego zrobili eksperyment na mniejszą skalę. Najpierw w pojemnikach z ziemią zasadzili fasolę mung. Fasolę umieścili w naturalnym świetle, zapewniając roślinom trzy różne rodzaje warunków do wzrostu. Część pojemników nie została niczym przykryta, druga część została po bokach owinięta folią aluminiową i nakryta przezroczystym OPV na górze, natomiast pojemniki w ostatniej grupie zostały całkowicie owinięte folią aluminiową blokującą dostęp światła.

Po 13 dniach naukowcy przyjrzeli się temu, jak wykiełkowały nasiona. W pojemnikach przykrytych folią rośliny rosły słabo, jednakże nasiona przykryte przezroczystym ogniwem słonecznym, rosły tak samo jak nasiona w odkrytych pojemnikach. Oznacza to, że ogniwa słoneczne mogą sprawdzać się na dachu szklarni.

3 stycznia (2019 r. - przyp. tłumacza) zespół opublikował swoje odkrycia w Internecie, w czasopiśmie "ACS Nano".

Pole do popisu

To, czy wystarczająca ilość światła jest w stanie przeniknąć przez ogniwo słoneczne, nie jest jedynym aspektem, który naukowcy muszą jeszcze przemyśleć. Chodzi też o ich wydajność. Zwykłe dachowe ogniwa słoneczne, które absorbują światło widzialne, mają wydajność około 18 proc. Oznacza to, że wytwarzają 18 watów mocy na każde 100 watów światła słonecznego, które absorbują. Testowe OPV Yanga mają blisko 10-procentową efektywność, co stanowi całkiem dobry wynik. – Lecz ogniwo z naszego laboratorium jest bardzo małe – tłumaczy Yang. – Gdy ogniwo słoneczne zajmuje dużą powierzchnię, wydajność zazwyczaj nieco spada.

Yang uważa, że w przyszłości, w rolnictwie szklarnie mogą stać się bardziej popularne. Z powodu zmian klimatycznych warunki uprawy stają się mniej przewidywalne, a szklarnie mogą zapewnić rolnikom większą kontrolę. Zespół Yanga chciałby przekształcić szklarnie w obiekty mogące generować elektryczność. – To byłoby bardzo przydatne – twierdzi naukowiec.

Zastosowanie tej technologii na szeroką skalę zależy głównie od jej kosztów – dodaje. W tej chwili ta technologia jest bardzo droga. Yang ma nadzieję, że któregoś dnia jakaś duża firma zdecyduje się na masową produkcję tej technologii, co może pomóc obniżyć koszty.

Luis Campos, chemik pracujący na Uniwersytecie Columbia w Nowym Jorku uważa, że wykorzystanie ogniw słonecznych do generowania energii przy jednoczesnej uprawie roślin to dobry pomysł. Do tego celu można jednak użyć tylko przezroczystych OPV, takich jak te stworzone przez Yanga, ponieważ większość stosowanych obecnie ogniw słonecznych pochłania światło widzialne. – To bardzo ekscytujące, gdy możemy dostrzec liczne zastosowania dla urządzeń wykorzystujących energię odnawialną – mówi.

 

Campos podziela obawy Yanga, że większe ogniwa mogą już nie działać tak dobrze: stworzą nowe wyzwania, a ich efektywność może spaść. Mimo to uważa, że wykorzystanie ogniw słonecznych przez Yanga było "imponującym osiągnięciem".

Yang ma nadzieję, że kiedy dorosną ci, którzy dziś chodzą jeszcze do szkoły, usprawnią tę technologię na tyle, by była lepsza i mniej kosztowna. To zwiększyłoby jej atrakcyjność i potencjalne zastosowania. – Nauka jest fajna i stanowi nie lada wyzwanie – przekonuje. – Mam nadzieję, że młodzi ludzie pójdą w nasze ślady.

Autor: 
Alexandra Taylor/Agata Wójcik
Źródło: 

sciencenewsforstudents.org

Dodaj komentarz

CAPTCHA
Przepisz kod z obrazka.

Reklama