Vědci ze Stanfordovy univerzity popsali princip solárního článku schopného produkovat elektřinu i během temné, bezměsíční noci.
Na první pohled je jasné, že fotovoltaické panely v noci z principu nemohou fungovat – nebo alespoň ne dobře. Pravdou totiž je, že během velmi jasných nocí s úplňkem lze na panelech naměřit velmi malé množství výkonu. Větších výkonů lze dosáhnout jen fyzikálním podvodem, tedy nasvěcováním panelů nějakým zdrojem světla. Jde ovšem o krajně neúčinný proces, který se – navzdory obecnému přesvědčení – samozřejmě nedělá ani v dobách vysokých výkupních cen z fotovoltaiky.
Hojně medializovaná noční výroba ze solárních elektráren ve Španělsku v objemu dokonce několika GWh byla podle dalších vyšetřování kolosální chyba. Chyba daná do značné míry tím, že majitelé fotovoltaiky zjevně vůbec nedbali na to, aby si hlídali, kdy elektřinu do sítě posílají. Na výkupní cenu to nemělo žádný vliv, a tak část například měla na svých měřácích poledne nastavené jako půlnoc.
Existuje ovšem solární panel, který elektřinu i během bezměsíční noci vyrobit dokáže. Tedy trochu elektřiny. Pomáhá si ovšem trikem: takový článek dokáže vyrobit elektřinu nejen ze světla, nýbrž i z tepla. Jak v praxi funguje, popsala nedávná práce vědců ze Stanfordovy univerzity.
POMÁHÁ V NOCI I VE DNE
Základem jejich zařízení je běžný křemíkový článek. Autoři práce ho v podstatě pouze doplnili o jednoduchý termoelektrický generátor. Jde o jednoduché zařízení, které slouží k přímé přeměně tepla v elektřinu.
Tento tepelný stroj má velké výhody v tom, že je levný, jednoduchý, robustní a spolehlivý, protože neobsahuje žádné pohyblivé součásti. Má však také jednu obří nevýhodu: typická účinnost těchto zařízení se pohybuje pouze nad zhruba 5 %, což je tak málo, že je praktické využití takových zdrojů energie velmi omezené.
Někteří odborníci ovšem stále chovají naději, že se může podařit najít dostatečně levné, a přitom účinné materiály, díky kterým by se termoelektrické generátory mohly dočkat výrazně většího rozšíření. Nejspíše by samozřejmě mohly sloužit k výrobě elektřiny z tepla, které je „zadarmo“, tedy tepla odpadního.
Přesně to je případ i jejich využití ve fotovoltaických panelech. Ty se během dne na slunci pochopitelně zahřívají. To nejen snižuje jejich účinnost, ale teoreticky také dává příležitost termoelektrickým systémům, aby svou měrou přispěly k výrobě elektřiny. Panely jsou totiž teplejší než okolí, a tohoto rozdílu teplot dokáže termoelektrický generátor využít.
Autoři ze Stanfordovy univerzity potvrdili obecně známý a celkem jasný fakt, že tmavé „sluneční panely“ se na slunci skutečně dobře zahřívají. Jejich experimentální „duální“ panel byl (během měření v říjnu loňského roku) zhruba o 15 °C teplejší než okolí. Výroba panelu doplněného o termoelektrický článek se ovšem zvýšila pouze zhruba o 1,3 W/m2, tedy o méně než 1 %. To dobře demonstruje, jak neúčinná tato zařízení dnes jsou.
V noci pak nastává situace opačná: panely jsou o něco chladnější než okolí. Týká se to především bezmračných nocí, při kterých dochází k jevu známému jako sálání proti obloze. Každý člověk, budova a objekt na Zemi vyzařují teplo, ale naše atmosféra se chová jako deka, záření z velké části zachycuje, a teplo tedy zadržuje. Pro infračervené záření určitých délek (8 až 13 μm) je naše atmosféra pro ně dobře průhledná, a tak snadno unikají do chladného vesmíru. Pod jasnou noční oblohou tedy mohou být povrchy o něco chladnější než okolí – jak moc, to záleží na tom, kolik záření o těchto vlnových délkách „vyzáří“. (Dají se postavit materiály, které jsou v tomto pásu velmi „aktivní“; o tom dále.)
Fotovoltaické panely nejsou samozřejmě stavěny primárně na to, aby v noci byly co nejchladnější. Přesto bývají. Během oněch několika nocí, ze kterých máme od autorů práce dostupné výsledky měření, byla teplota panelů o zhruba 3 °C nižší než teplota okolí.
FUNGUJE TO, ALE…
Rozdíl je tedy výrazně nižší než ve dne, z čehož samozřejmě plyne, že nižší jsou také naměřené hodnoty výroby elektřiny. A to výrazně nižší: termoelektrický generátor z tohoto rozdílu teplot dokázal vyrobit zhruba 0,05 W/m2. To je výkon, který lze velmi spolehlivě měřit a prokázat, ale praktický význam v podstatě nemá.
Jak uznávají i sami autoři, při takovém výkonu se mnoho upotřebení najít nedá. Možná by to mohlo stačit na napájení nějakého slabšího LED světla. I když byl experimentální systém velmi jednoduchý a levný, praktické využití si pro něj těžko představit.
Výrobci fotovoltaických panelů se sice neustále snaží posouvat výkony svých zařízení, ale podobná vylepšení musí být taková, aby je bylo možno co nejjednodušeji integrovat do procesu výroby. Přidat do ní další, úplně nový krok kvůli tak malému navýšení výkonu velký smysl nedává.
Foto: iStock