Grupa naukowców ze Szwajcarii, którzy pracują dla Airlight Energy oraz IBM w Zurychu opracowali designerską instalację fotowoltaiczną. Ogniwa słoneczne montowane są na konstrukcjach przypominających kształtem słoneczniki. Podobnie jak te rośliny, instalacja taka śledzi słońce dzięki systemom nadążnym oraz chłodzi się wykorzystując pompowaną przez „łodygę” wodę. Prawdziwy przełom w inżynierii tej technologii może stanowić ten nowo opracowany system chłodzenia. Dodatkowo rozwiązania zastosowane w solarnych słonecznikach sprawiają, że instalacje świecą.

Reklama

Solarne Słoneczniki (Solar Sunflowers) to urządzenia opracowane przez szwajcarskich inżynierów pracujących dla DSolar, będącej spółka zależną Airlight oraz dla IBM w Zurychu. Oprócz tego, że jest to niezwykle estetyczna propozycja pozyskiwania energii, jest to również rozwiązanie wykorzystujące innowacyjną technologię. Pozwala ona na bardzo efektywne pozyskiwanie jednocześnie energii elektrycznej oraz cieplnej z padającego promieniowania słonecznego, jest to tzw. technologia HCPVT (ang. Highly Efficient Concentrated PhotoVoltaic/Thermal). Stosowanie tej metody polega na wykorzystaniu reflektorów, które zapewniają koncentrację promieni słonecznych. Konieczne jest również zastosowanie wysoko wydajnych ogniw fotowoltaicznych (szwajcarscy naukowcy wykorzystali ogniwa z arsenku galu). Muszą one bowiem jak najefektywniej przekonwertować skoncentrowaną energię słoneczną w energię elektryczną.

Sama konwersja fotowoltaiczna nie jest niczym innowacyjnym, znane jest również skupianie promieniowania słonecznego w celu uzyskania energii cieplnej, jednak nowo opracowane Solar Sunflowers łączą obie technologie w nowatorski sposób, przedstawiając kilka dodatkowych przełomowych dla rynku energetycznego rozwiązań technicznych. Jak to określił dyrektor do spraw badań w Airlight, Gianluca Ambrosetti, reflektory wykorzystane w Solarnych Słonecznikach koncentrują energię Słońca „do około 5000 słońc”. Ilość skupionego promieniowania zależna jest od ustawień urządzenia względem Słońca. Podczas przeprowadzanych badań, w trakcie których reflektory użyte były do wytopienia otworu w bryle żelaza okazało się, że cała bryła stała się niezwykle gorąca. Pokazało to z jak wysokimi temperaturami muszą zmagać się Solarne Słoneczniki podczas eksploatacji. Są one znacznie wyższe niż w standardowych instalacjach fotowoltaicznych, gdzie ogniwa stanowią płaską powierzchnię.

Wiąże się to z koniecznością stosowania bardziej odpornych na wysoka temperaturę materiałów. Komórki fotoelektryczne wykorzystywane przez Solar Sunflower charakteryzują się maksymalną temperaturą pracy na poziomie około 105 stopni Celsjusza. Jest ona znacznie niższa niż temperatura topnienia żelaza, nie mówiąc już o wspomnianej wyżej koncentracji energii z 5 000 słońc. Aby zapobiec spadkowi wydajności lub nawet awarii urządzenia z uwagi na bardzo wysokie temperatury, Słoneczne Słoneczniki wyposażone są w odpowiedni układ chłodzenia oparty o wodę. Został on opracowany przez współpracowników projektu z firmy IBM. Składa się on z kawałków krzemu, które w swojej strukturze posiadają mikrofluidalne kanaliki. Są one przytwierdzone do tylnej części ogniw fotowoltaicznych. Wewnątrz kanalików płynie woda, która dzięki pompom wodnym krąży w układzie i jest w stanie wchłonąć całe produkowane ciepło.

Dodatkowo zastosowano rozwiązanie, które sprawia, że cały proces generowania energii robi się naprawdę skuteczny i innowacyjny. Zamiast bowiem marnować ciepło wytwarzane podczas chłodzenia ogniw, odprowadzana jest ona, jako źródło zasilania, do ogrzewania budynków lub jako napęd do procesów technologicznych i przemysłowych.  W rezultacie stworzone przez naukowców ze Szwajcarii Solarne Słoneczniki są urządzeniem, które jest w stanie zapewnić około 12 kW mocy energii elektrycznej, przy jednoczesnym zapewnieniu 21 kW mocy energii cieplnej. Nie jest to może imponujące osiągnięcie, jednak cały system jest bardzo wydajny. Niestety na drodze do komercjalizacji urządzenia jest jego wysoki koszt. Generują go głównie niezbędne do działania ogniwa fotowoltaiczne w technologii cienkowarstwowej z arsenku gallu. Dodatkowo kosztowne są również sama budowa oraz konstrukcja systemu chłodzenia. W związku z tym cały projekt nie może konkurować w kwestii finansowej z mniej innowacyjnymi dostępnymi na rynku rozwiązaniami.

Niewątpliwą zaletą Solarnych Słoneczników jest ich estetyczny wygląd oraz wysoka wydajność. Koszty wytworzenia mogą niebawem okazać się niższe, z uwagi na trwające ciągle badania nad nowymi technologiami, które dążą do zapewnienia wyższych sprawności ogniw oraz wykorzystywania tańszych materiałów. Szczególnie szybko rozwija się branża ogniw cienkowarstwowych. Może to doprowadzić do przyszłych osiągnięć umożliwiających obniżenie kosztów, a przez to wykorzystanie Solar Sunflowers będzie bliższe realizacji.