Hogyan lehet a megújuló energiát tárolni, amikor nem süt a nap és nem fúj a szél? Ez az egyik legnagyobb fejtörést okozó kérdés, ami a zöld elektromos hálózatok fejlesztőit foglalkoztatja.
1839-ben Edmund Bequerel fedezte fel, hogy a napsugárzás képes elektromos energiát termelni. Ezt a képességét 1954-től használják energiatermelésre. A nap másfél óra alatt lesugározza a földre az emberek egész évre elegendő energiamennyiségét, így az elektromos áram automatikusan és melléktermék nélkül termelődik. A napelemek ezt az energiát próbálják hasznosítani, hogy közvetlenül villamos egyenáramot termeljenek a napsugárzásból. Ezt az egyenáramot áramátalakító berendezések segítségével hálózati árammá alakítják, így biztosítva a háztartások számára is felhasználható formát.
A tárolásra a hatalmas akkumulátorbankok jelenthetik az egyik megoldást. De hátrányuk, hogy drágák, és a leghatékonyabban néhány órára tudják csak tárolni az energiát. Egy másik stratégia, hogy a többletenergiát nagy tömegű anyag ultramagas hőmérsékletre melegítésére használják, majd szükség esetén lecsapolják az energiát. Ezen a héten a kutatók jelentős előrelépésről számoltak be a tárolórendszer egyik kulcsfontosságú elemével kapcsolatban: az egyik eszköz a tárolt hőt villamos energiává alakítja.
A Massachusetts Institute of Technology (MIT) és a National Renewable Energy Laboratory csapata közel 30 százalékos növekedést ért el a termo fotovoltaikus szerkezetben: ez egy olyan félvezető, amely a hőforrásból kibocsátott fotonokat elektromos árammá alakítja át.
Mostanáig a felesleges szél- vagy napenergiát egy fűtőelembe táplálták, ami több ezer fokra emelte a tároló (fém- vagy egy grafit-) tömb hőmérsékletét. A hőt vissza lehetett alakítani elektromossággá, ha a gőz működtette a turbinát. A magas hőmérséklet azonban növeli az átalakítási hatékonyságot, és a turbinák anyagai körülbelül 1500 °C-on kezdenek megolvadni. Az új módszer forradalmi ötlete: a tárolt hőt egy fémfóliára vagy izzószálra vezetik, megvilágítják, majd a termo fotovoltaikus félvezetővel elnyelik a kibocsátott fényt, és elektromos árammá alakítják.
Amikor az 1960-as években feltalálták az első ilyen jellegű félvezetőket, csak a hőenergia néhány százalékát alakították át elektromos árammá. Ez a hatékonyság körülbelül 30 százalékra nőtt 1980-ban, de azóta nem nagyon emelkedett a mennyiség.
Ennek egyik oka az, hogy a wolframszálak és más fémek hajlamosak a fotonokat széles spektrumban sugározni, a nagy energiájú ultraibolya sugárzástól az alacsony energiájú távoli infravörösig. De az összes fotovoltaikus elem szűk tartományban nyeli el a fotonokat, ami azt jelenti, hogy a magasabb és alacsonyabb frekvenciájú fény általában veszendőbe megy.
Ez az első alkalom, hogy ezek a speciális félvezetők valóban ígéretes hatékonyságot mutattak, és a kapcsolódó fejlesztésekkel együtt az új munka jelentős lökést adhat a hőelemek széles körben történő bevezetésére.