Sklízejme pomocí antény energii Slunce

09.10.2012 15:04

   Dnes jsem na základě žádosti účastníků semináře Setkání se Zdrojem aneb volná energie trochu jinak vložil upravený článek o směru, kterým směřuje konvenční věda ve sklízení energie Slunce. Na českém webu jsem něco k tomuto tématu našel, ale žádný překlad originálního článku, proto jej najdete zde:

Sklízejme pomocí antény energii Slunce

   Výzkumník Utažské národní laboratoře (INL) Steven Novack, drží plastový list polí nanoantén, vytvořený ražením struktury antény do podkladu a uložením vodivého kovu do vyraženého vzoru. Každý čtverec obsahuje zhruba 260 milionů antén. Obvyklý nanotechnologický tisk se posuzuje v centimetrové škále, ale tento INL patentovaný výrobní proces umožňuje provést jej v mnohem větším měřítku.

   Vědci z Idaho National Laboratory spolu s partnery v Microcontinuum Inc (Cambridge, MA) a Patrickem Pinhero z University of Missouri vyvíjejí nový způsob, jak sbírat energii ze slunce s technologiemi, které by mohly stát několik set Kč za m2. Tímto novým způsobem je potisk pružných materiálů, který umožňuje bez ohledu na to, zda je právě den nebo noc, čerpat energii Slunce. Tento přístup, který získal dvě ocenění Nano50 2007, používá speciální výrobní proces razící malé čtvercové spirály, do nichž je kov vlisován, do plastu. Každá spirála "nanoantény" je stejně široká jako 1/25 průměru lidského vlasu.

Pole nanoantén

   Vzhledem k jejich velikosti absorbují nanoantenny také energii v infračervené části spektra, jež leží mimo rozsah toho, co je viditelné okem. Slunce vyzařuje cca polovinu energie v infračerveném spektru. Část sluneční energie je pak v průběhu noci zpětně vyzařována do vesmíru. Nanoantény mohou čerpat i tuto zpětně vyzářenou energii s velkou účinností. "Myslím, že tyto antény mají opravdu potenciál nahradit tradiční solární panely," říká fyzik Steven Novack, který hovořil o technologii v listopadu na Národní Nanotechnologické konferenci v Bostonu.

Výroba antén na úrovni atomů

   Tyto miniaturní obvody absorbují energii, stejně jako antény na vaší televizi nebo v mobilním telefonu. Všechny antény pracují na principu rezonance, stejném sebeposilujícím fyzikálním jevu, který umožňuje vysokému tónu rozbití skla. Rozhlasové a televizní antény, musí být stejně tak velké, jako jsou vlnové délky rozhlasového a televizního signálu, který je třeba chytat. Takže dle teorie antén, stačí jednoduše vyrobit anténu menší a budu schopen absorbovat energii elektromagnetického záření slunce. Tento flexibilní panel propojených nanoantén může jednoho dne nahradit těžké a drahé solární panely.  Ale najít efektivní způsob, jak vytisknout pole nanoantén ve zlatě, vytvořených pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu, v němž uložený vodič je zhruba tisíc atomů silný pole spirál v rozsahu atomů, trvalo několik let. "Není to tak, že tento pojem je nový," říká Novack, "ale boom v oblasti nanotechnologií to udělal opravdu možným." Tým INL předpokládá, že antény by jednou mohly být vyráběny jako fólie nebo plastové obaly. Zatím demonstrovali tiskový proces na kruhových známkách o rozměru šesti palců, z nichž každá má více než 10 milionů antén. Nebylo okamžitě zřejmé, že by struktury mohly být použity pro solární energie. Nejprve vědci uvažovali o spárování antény s konvenčními solárními články tak, aby byly efektivnější. "Pak jsme si mysleli, že musíme začít od nuly," říká Novack. "ale nakonec jsme si uvědomili, že bychom mohli udělat z antény vlastní energetické přijímače."

Ekonomická alternativa

   Komerční solární panely obvykle promění méně než 20%  energie, která na ně dopadá, na využitelnou elektřinu. Každá buňka je vyrobena z křemíku s přídavkem mnoha vzácných prvků, které zvyšují jeho účinnost. "Dodávání zpracovaných křemíku zaostává a jen se zdražuje," říká Novack. Doufá, že solární nanoantény budou efektivnější a udržitelnější alternativou. Tým odhaduje, že každá jednotlivá nanoanténa může absorbovat téměř 80% dopadající energie (dle posledních výzkumů až 92%). Obvody mohou být samy o sobě vyrobeny z mnoha různých vodivých kovů a nanoantény mohou být tištěny na tenké pružné materiály jako je polyetylen. Plast, který je běžně používán v pytlích a plastových obalech. Ve skutečnosti první antény byly tištěné na plastových sáčcích, které jsou využívány k doručování Wall Street Journal, protože měli tu správnou tloušťku. Novack říká: „Svým zaměřením na snadno dostupné materiály a rychlou výrobu od samého počátku sledujeme cíl, aby pole nanoantén byly levné jako běžný koberec."

Finální doladění struktury

   Skutečným trikem k výrobě solárních panelů z nanoantén, je schopnost předvídat jejich vlastnosti a zdokonalit jejich konstrukci před tiskem v továrně. I když je poměrně snadné přijít na fyziku jedné rezonanční antény, při kombinaci více antén vzniknou složité interakce. Po zásahu se správnou frekvencí infračerveného světla začnou antény také produkovat vysokoenergetické elektromagnetické pole, které může mít neočekávané účinky zejména na různé materiály. Takže vědci vyvíjejí počítačový model rezonance v malých strukturách, který hledá způsoby, jak vyladit efektivitu celého pole antén změnou faktorů, jako jsou materiály a tvar antény. "Schopnost modelovat tyto antény a to, co se děje, je klíčem k úspěchu, protože tyto věci nemůžeme vidět," říká Novack. "Jsou těžké pro ovládání a drobné změny mohou mít za následek velké rozdíly."

Vědci (zleva) Dale Kotter, Steven Novack a Judy Partin vyvíjejí flexibilní plastové listy pro sběr sluneční energie

Nabitá budoucnost

   "Jednoho dne" říká Novack, "mohou kolektory z nanoantén nabíjet akumulátory, pokrývat pláště a střechy domů, a snad být dokonce integrovány do polyesterové tkaniny. Oboustranné panely pak mohou absorbovat široké spektrum energií ze Slunce. Stranou obrácenou k obloze čerpat energii Slunce během dne, zatímco druhá strana obrácená k Zemi by mohla být navržena tak, aby čerpala frekvence energie ze zemského tepelného vyzařování.
   Zatímco nanoantény lze snadno vyrobit, rozhodující součást procesu musí být ještě plně vyvinuta. Je nutné vytvořit způsob ukládání a přenosu elektřiny. Ačkoli infračervené paprsky vytvářejí střídavý proud kmitech deset tisíc miliard krát za sekundu, současné elektrické spotřebiče fungují na proudech, které oscilují pouze šedesát krát za sekundu. Takže tým zkoumá způsoby, jak tuto frekvenci zpomalit případným vložením dalšího zařízení přímo do antény. Uvažují například o velmi tenkém kondenzátoru: "Tyto antény jsou dobré k zachycení energií, ale nejsou dobré v její transformaci," říká inženýr INL Dale Kotter. Dodává: „ale jsme na velmi slibné cestě právě probíhajícího experimentálního výzkumu."

   Kotter a Novack také zkoumají způsoby, jak přeměnit vysokofrekvenční střídavý proud (AC) na stejnosměrný proud (DC), který může být uložen v bateriích. Jedním z potenciálních kandidátů jsou vysokorychlostní usměrňovače, speciální diody, které by seděly ve středu každé spirální antény a převáděly střídavý proud na stejnosměrný. Tým má neukončený patent na různé způsoby přeměny energie. Předpokládají, že jsou jen pár let od vytvoření nové generace solárních kolektorů.


Kontakt:
Nicole Stricker, (208) 526-5955

Zdroj: inlportal.inl.gov/portal/server.pt?open=514&objID=1269&mode=2&featurestory=DA_101047