Kiel Funkcias Suna Energio?

Tradukita el The Scientific American

La suno - tiu elektrofarejo en la ĉielo - banas la Teron per sufiĉe da energio por plenumi la mondan energiopeton multfoje. Ĝi ne elkreas karbon-duoksigenaĵon. Ĝi ne elĉerpiĝos. Kaj estas senpage.

Do kiel homoj povas ŝanĝi ĉi tiun gamon da sunlumo al utila elektroenergio?

Sunlumo (kaj ĉia lumo) enhavas energion. Plejofte, kiam lumo trafas objekton, tiu energio ŝanĝiĝas al varmo, kiel la varmo, kiun vi sentas sidante sub la suno. Sed kiam la lumo trafas kelkajn materialon, la energio ŝanĝiĝas al elektrofluo, kiun oni povas kolekti por energio.

Malnova suna teĥnologio uzas siliciajn kristalojn, kaj produktas elektrofluon dum ĝi estas trafata de lumo. Silicio povas fari ĉi tion ĉar la elektronoj en la kristalo ekmoviĝas ege kiam ili estas montrataj al lumo, anstataŭ ete moviĝi en la sama loko por fari varmon. La silicio ŝanĝas grandan kvanton da la lumenergio al elektroenergio, sed tio estas multekosta ĉar la kristalaj estas malfacile kreskigeblaj.

Pli novaj materialoj uzas pli malmultekostajn kaj malgrandajn kristalojn, kiel kupro-indio-galium-selenaĵon, kiuj povas esti formitaj al flekseblaj membranoj. Ĉi tiu “maldikmembrana” suna teĥnologio, tamen, ne ŝanĝas lumenergion al elektroenergio tiom bone kiom silicio.

Nune, sunenergio nur kontribuas malmultege al la produkto de energio en Usono, ĉar ĝi estas tre multekosta komparite al aliaĵoj, kiel alte malpuriga karbo. Suna elektroenergio estas kvinoble pli multekosta ol tiom, kiom homoj pagas por la energio de la elektrodoniloj sur la muroj.

Por teni esperon pri suna elektroenergio, sciencistoj devas krei malmultekostajn, facile produkteblajn materialojn, kiuj povas ŝanĝi sufiĉe da lumo al energio por meriti investadon.

Ni demandis al Paul Alivisatos, Laboratoria Direktoro ĉe la Nacia Laboratorio de Lawrence Berkeley en Kalifornio, kaj estro de ĝia Helios Projekto de Sunenergia Esplorado, por ke li povu klarigi al ni kiel homoj povas kolekti energion el sunlumo, kaj kiel ni povas fari tion pli bone.

(Redaktita transskribaĵo de la intervjuo sekvas.)

Kio estas sunĉelo?

Sunĉelo estas disponaĵo, kiun homoj povas konstrui, kiu prenas la energion de sunlumo kaj ŝanĝas ĝin al elektroenergio.

Kiel sunĉelo ŝanĝas sunlumon al elektroenergio?

En kristalo, la ligoj (inter siliciaj atomoj) estas faritaj de elektronoj, kiuj estas divitidaj inter ĉiom da la atomoj de la kristalo. La lumo absorbiĝas, kaj unu el la elektronoj, kiu estas en unu el la ligoj, moviĝas supren ĝis pli alta energionivelo kaj povas moviĝi pli libere ol kiam ĝi estis fiksita. Tiu elektrono tiam povas libere moviĝi kaj montriĝas elektrofluo.

Imagu ke vi havas breton, kaj vi prenas pilkon kaj ĵetas ĝin sur la breton. Tio similas al movi la elektronon al pli alta energionivelo, kaj la elektrono ne povas fali malsupren. Lumero (ero/partiklo de lumenergio) envenas, kaj ĝi movas la elektron sur la breton (montrante la pli altan energionivelon) kaj ĝi restas tie ĝis ni kolektas la energion (per uzado de la elektro).

Kio estas la plej granda malsamo inter kiel planto kaptas lumenergion kaj kiel ni per sunĉeloj?

Ni deziras ke ni povu fari tion, kion faras plantoj, ĉar plantoj absorbas la lumon, kaj ili uzas tiun elektronon por ŝanĝi ĥemioligon en la planto por krei energion.

Ĉu vi povus fari nenaturan lum-energioŝanĝon kaj imiti plantojn?

Ni ŝategus povi krei sunĉelon, kiu povus produkti brulaĵon anstataŭ elektron. Tio estus gravega plialtniveliĝo. Tio estas tre ofta temo nuntempe inter sciencistoj, sed estas tre malfacile antaŭdireble kiam ni povos uzi ĝin.

Unu el la kialoj, kial ni plantas arbojn, estas ĉar ili forpenas karbon-duoksigenaĵon el la aero. Se ni povus fari tion per sunĉelo, tiel ni povus efektive bone trakti la problemojn de klimatŝanĝo eĉ pli rekte, ĉar ni uzus karbon-duoksigenaĵon por krei brulaĵon.

Kiom bone sunĉeloj kaptas lumenergion?

Ni povas priparoli la energioefikecon. La energioefikeco de kutima kristala silicioĉelo estas ĉirkaŭ 22 aŭ 23 procentoj, signifante ke ili ŝanĝas tiom multe kiom 23 procentoj da lumo al elektro. La sunĉeloj, kiujn vi eble povas komforte aĉeti kaj meti sur vian tegmenton, estas malpli efikaj, ĉirkaŭ 15 kaj 18 procentoj. La plej efika, kiel tiuj, kiuj estas fiksitaj sur satelitojn, eble havas energioefikecojn de proksime al 50 procentoj.

La energioefikeco estas unu mezuro, sed la alia afero, pri kiu ni estas tre timaj, estas la kosto de fari ilin kaj la grandeco de produktado.

Miaopinie, la silicia teĥnologio ne sufiĉas pro la multekosteco de farado. Ni devas krei iom da nova teĥnologio, kiu eble ne estas tiom efika, sed vi devas povi fari multege da ĝi por ricevi multe da energio. Homoj nun provas uzi novajn materialojn kiel plastojn kaj partikletojn.

La tuta suna elektroproduktado dum 2004 estis ĉirkaŭ unu milono de la tuta energiouzado de Usono. Simple ne sufiĉas. Io devas ŝanĝiĝi. Ni ne jam sukcesis. Ankoraŭ ekzistas multe da malkovroj por esti faritaj.