Возможности усовершенствования солнечных батарей

Технологии по преобразованию и использованию энергии солнечного излучения ученые вывели в массовое производство уже несколько десятилетий назад. Однако большая часть населения Земли по-прежнему не только не использует солнечную энергию в быту, но даже не видела подобных примеров, если не считать мини-батареи в калькуляторах.  Чем объяснить столь медленное вхождение в обиход солнечных батарей?

“Зеленые”, то есть дружественные окружающей среде технологии, обладают несколькими особенностями, которые ограничивают их применение. Во-первых, они сложны в использовании. Самые первые солнечные батареи были громоздкие и требовали почти целое помещение для дополнительных установок, преобразовывающих и аккумулирующих энергию. Ведь потоки солнечной радиации далеко неоднородны в течение года, месяца и даже суток, следовательно энергию, полученную при помощи солнечных батарей, необходимо “складировать” про запас на случай ночи, плохой погоды или долгой зимы. И это было во-вторых. В-третьих, энергоэффективность солнечных батарей на сегодняшний день не превышает 11%. В-четвертых, созданные по сложнейшим технологиям с применением синтетических химических веществ, солнечные батареи трудны в утилизации.

И если с первыми двумя особенностями изобретаемые новейшие технологии позволили справится, то третья и четвертая всегда остаются вескими контраргументами со стороны приверженцов традиционной энергетики. Солнечные батаери стали гораздо тоньше, проще в эксплуатации, но не “зеленее” в своей конструкции. Современные накопительные устройства позволяют делать запасы энергии и тратить их в необходимом количестве, но теперь отвоевывать рынок у угольных и газовых электростанций необходимо с помощью повышения эффективности солнечного оборудования.

Именно на повышение уровня дружественности окружающей среде и увеличение энергоэффективности солнечных батарей направлены последние разработки Айоми Перера, аспирантки из Канзасского университета, которые она ведет совместно с научным руководителем Стефаном Боссманном. Фокус их внимания сконцентрирован на разработке специального покрытия для фотоэлементов, которе повысят эффективность и качество потребительских свойств солнечных элементов.

Покрытия для солнечных пластин, которые притягивают солнечные лучи, используются уже давно, но Айоми Перера сделала ставку на сенсибилизированные красители на основе натурального белка, который производится бактериями. Покрытие солнечных ячеек такой краской в теории повысит их эффективность, а также сделает фотопластины еще более дружественными для окружающей среды, так как сенсибилизирванные красители не столь токсичны, как используемые в настоящее время искусственные химические вещества.

Эксперимент в Университете Канзаса проводился с колониями бактерий Mycobacterium smegmatis, некоторые из подвидов этой бактерии вызывают туберкулез, но в исследовании использовали другой вид. Обычно их можно найти в почве и в кукурузных хлопьях. В процессе жизнедеятельности бактерии Mycobacterium smegmatis производят особый белок, который используется во многих отраслях промышленности.

Очищенный химическим путем белок смешивается в синтезированным красителеи и получившуюся протеиновую смесь наносят на поверхность фотоэлемента. Эксперимент проходил в лаборатории под воздействием искуственного солнечного света, однако работоспособность нового покрытия уже можно считать доказанной. Белок не разлагается на свету и исполняет свою функцию по захвату и перемещению электронов в сенсибилизированном покрытии под воздействием солнечной радиации. Это перемещение создает электрический ток, генерируемый фотоэлементом.

Новый сенсибилизированный краситель явлется биоразлагаемым, “зеленым”, что на данный момент делает его уникальным в своем роде в области солнечной энергетики. Повышения эффективности фотоэлемента с новым покрытием не было установлено, но Айоми Перера верит в будущий успех своего изобретения.