Соларни панели су прошли дуг развојни пут како би постали технологија која би у будућности требало да напаја већ пренасељену планету
Текст: Борис Клобучар
У малом граду у Холандији осванула је технологија из футуристичких филмова. Свет је добио свој прву стазу која производи електричну енергију. Бициклистичка стаза у градићу Кромени надомак Амстердама дугачка 70 метара направљена је од соларних плоча и током шест месеци тест периода произвела је преко три хиљаде киловата електричне енергије. Сразмере ради, ова количина је довољна да напаја просечно холандско домаћинство енергијом током читаве године.
Данас су соларне ћелије постале ствар свакодневнице. Оне енергију електромагнетног зрачења са Сунца, светлост, претварају у електричну. Технологија коју у овом тренутки човечанство поседује у свемиру била би готово незамислива без ових извора струје. Као млађи, били смо импресионирани калкулаторима који се угасе када им прстом прекријемо црна поља изнад екрана, не размишљајучи да тако у ствари затварамо довод зрачења на соларну батерију. Соларне плоче напајају (макар у развијенијим земљама у свету) уличну расвету, семафоре, а соларне фарме све су чешћи призор поред ауто-путева кроз Словачку, Мађарску, САД, Француску…
Како енергију Сунца претворити у електричну?
У основи соларних плоча налазе се фото-напонске ћелије. Ове компоненте служе да енергију електромагнетног зрачења претворе у електрични напон,. Ове фото-ћелије, како их често зовемо, су у суштини полупроводничке компоненте у чијој су основи најчешће силицијум или германијум, допиране, односно обогаћене другим елементима како би се у кристалној решетци материјала добили електрони (или шупљине, односно празна места у љусци атома) вишка. Овакви материјали праве такозвани п-н спој, који је основа полупроводничких компоненти попут диоде, транзистора и да, соларних ћелија.
Када п-н спој добије енергију споља, у овом случају у виду зрачења са Сунца, електрони у п-н споју се побуде, ”излазе” из атома и крећу се кроз кристалну решетку, те долазе до електрода, које се налазе на крајевима компоненте. Енергија зрачења, односно фотона који долазе на фото-ћелију мора бити већа од такозваног енергетског процепа полупроводника, који зависи од материјала који се користи. Овако се добија разлика потенцијала на електродама, односно напон. Истоимена наелектрисања се скупљају на истим странама, па уколико су електроде повезане – тече струја. Једноставно говорећи, када фотон падне на полупроводник, електрони се у њему побуде и добијамо напон.
Звучи сјајно, зар не? Па зашто онда не користимо више овај чисти, обновљиви извор електричне енергије, који нам је ”испред носа”? Није све баш тако једноставно. Један од главних проблема јесте ефикасност соларних ћелија. Најосновније – фотоћелија може да прикупи само одређену количину укупног зрачења које на њу падне, а и сва та енергија се у потпуности не претвори у електричну, већ се делом изгуби. Део енергије, на пример, троши се на загревање. Данас просечне фотоћелије искористе тек између 10 и 25 одсто укупне енергије коју прикупе. Ово није довољно ефикасно да би соларна технологија у потпуности заменила термоелектране, аутомобиле на фосилна горива и остале ”прљаве” изворе електричне енергије.
Историја соларне енергије
Није једноставно забости чиоду у календар која би представљала почетак приче о соларној енергији. Једна од великих година је 1905. када је Алберт Ајнштајн објаснио фотоелектрични ефекат, у чијој је основи интеракција електрона и фотона, односно светлости. Међутим, овај принцип је још 1888. користио руски научник Александар Столетов, када је направио експеримент који је у многоме прототип данашње фото-ћелије. Чак и пет година пре тога, још један научник, Чарлс Фритс, експериментисао је са силицијумом који је прекривен златним честицама и који је једва око 1 одсто зрачења претварао у наелектрисање.
Модерну соларну ћелију патентирао је Расел Охл, амерички проналазач, 1946. године. Он је до патента дошао покушавајући да унапреди конструкцију тадашњих транзистора. Осам година касније, Бел Лабораторије у САД конструисале су и пласирале комерцијалне соларне ћелије.
Развој соларне технологије до сада је био прилично брдовит. Када су се појавиле, ћелије су биле врло неефикасне и велике. Цена вата електричне енергије добијене на овај начин била је неколико стотина долара. Ову цену просечно домаћинство није могло да плати.
Концепт искоришћавања соларне енергије је ипак био превише добар да би се одбацио. Технологију је ”преузела” свемирска индустрија, са идејом је да ван Земљине атмосфере зрачење много интензивније, па се више енергије може прикупити на плочама. Велике свемирске агенције имале су новца да плате високу цену соларних ћелија, чије су карактеристике сваке године бивале све боље, али је исто тако и цена постајала све већа. Чинило се да је технологија соларних ћелија намењена само богатим индустријама да ће тако и остати.
Зачарани круг прекинула је компанија Ексон, крајем шездесетих година прошлог века. Елиот Берман, један од истраживача и конструктора у овој фирми, добио је задатак да прорачуна и осмисли концепт соларне ћелије чија би цена била испод 20 долара по вату – сасвим прихватљиво за широку употребу.
Берман је овај задатак схватио веома озбиљно, почевши уштеде од самог процеса производње соларних плоча. Уместо да се полупроводне плоче секу, полирају па затим превлаче антирефлексивним слојем, он је приметио да само грубо сечење плоча већ оставља површину антирефлексивном. Испоставило се да овакви полупроводници више него добро раде, чиме су два веома скупа процеса у производњи – полирање и заштита слоја, потпуно елимисана. Технологија штампаних електронских плочица омогућила је гушће паковање ћелија са мање жица и материјала за повезивање. Резултат Берманових уштеда – призводња ћелија за 10 долара по вату.
Данас, напретком технологије интегрисаних електронских компоненти, полупроводничких материјала и производње цена соларних плоча пала је на испод једног долара по вату у производњи. Соларни панели су од технологије будућности прошле преко стигме елитистичке технологије свемирског програма, напајања за играчке и светиљке, поново до технологије која би у будућности требало да напаја ову већ пренасељену планету.
Пројекат Desertec
Један од највећих пројеката за коришћење обновљивих извора енергије (понајвише соларне) био је такзвани пројекат Desertec који је предложила група организација из читаве Европе, као и делова Африке и Азије. Њихов план – мрежа обновљивих извора енергије кроз читаву Европу, Северну Африку и Источну Азију са центрима соларних фарми у Сахари и Ветрењача на северу Европе. Оваква мрежа, наишла је на иницијално одобравање земаља у Европи. Међутим пројекат је званично прекинут 2014. године. Разлози су углавном политички, од бојазни од терористичких напада на центре извора енергије, преко нестабилности у државама Северне Африке, па до страха од превелике политичке моћи држава са овим изворима.