פאנלים סולארים וורדים

מאת: אופיר מרום

חוקרים מצאו השראה במבנה עלי הכותרת של ורדים לשיפור היעילות של לוחות סולארים.

בתהליך הפוטוסינתזה אצל צמחים, נקלטת האנרגיה שמגיעה מהשמש בפני השטח של הצמח, ומומרת לצורת אנרגיה חדשה. דבר דומה קורה בתהליך הפוטו-וולטאי, בו קרינת השמש פוגעת בלוח סולארי והופכת בו לאנרגיה חשמלית. כמו בתהליך הפוטוסינתזה אצל צמחים גם בלוחות הסולארים השאיפה היא לנצל ביעילות מקסימלית את אותה אנרגיה. לשם כך צריך לנצל טווח רחב מהספקטרום של אור השמש, וכן להיות מסוגלים ללכוד את האור כשהוא מגיע מכיוונים שונים במהלך תנועת השמש לאורך היום. לכן, זה רק הגיוני שמדענים יחפשו השראה בטבע עבור רעיונות לתכנון לוחות סולארים חדשים.

חוקרים באוניברסיטת KIT שבגרמניה עשו בדיוק כך. ראשית, הם חקרו את תכונת פני השטח של צמחים שונים  לבלוע ולהחזיר את קרני האור הפוגעות בהם. עלי הכותרת של פרחי הורדים בלטו ביכולת גבוהה של בליעת האור, ולכן נבחרו כמועמדים טובים להמשך מחקר. בבחינה יסודית של עלי הכותרת תחת מיקרוסקופ אלקטרוני נמצא שתאי האפידרמיס, פני השטח של עלי הכותרת, מכוסים בבליטות מיקרוניות בצפיפות רבה אך ללא סדר מסוים. הבליטות עצמן לא היו חלקות, אלא היו מכוסות גם הן באופן אקראי בצלעות ננו-מטריות. החוקרים הניחו שהצורה האופיינית של פני השטח קשורה ליכולת הגבוהה של עלי הכותרת לבלוע את האור. בשלב הבא החליטו החוקרים לבחון אם אפשר להעתיק את התבנית הזו באופן מלאכותי לציפוי של לוחות סולארים. כדי לעשות זאת ציפו את עלי הכותרת בפולימר על בסיס סיליקון. לאחר שהפולימר התמצק נוצרה תבנית, שלתוכה יצקו החוקרים דבק אופטי שהתקשה בחשיפה לקרינת UV. בסוף התהליך התקבל פילם דק, שהוא העתק מדויק של פני השטח של עלי הכותרת. 

 

הפילם הונח על גבי לוח סולארי שעבר סדרת בדיקות לבחינת ביצועים. בתום הבדיקות נמצא שהלוח שיצרו החוקרים שיפר את יעילות הפקת החשמל של הפאנל ב-12% כאשר האור פגע בלוח בזווית ישרה, ואילו כאשר האור פגע בלוח מהצד (בזווית של 80 מעלות) שיפר הפילם את היעילות ב-44%!. המחקר הראה שהמבנה הגבשושי על פני השטח של עלי הכותרת עוזר לפקס את האור שמגיע ולכוון אותו לעומק המשטח, למקום בו הוא הופך לאנרגיה מסוג חדש. השאיפה לפיתוח טכנולוגיה יעילה, שתאפשר להפוך כמה שיותר מאנרגיית השמש לאנרגיה חשמלית, מעסיקה חוקרים רבים ברחבי העולם. רבים מהפתרונות הקיימים יקרים מכדי להפוך למסחריים. כיום, בפועל, לוחות סולארים עובדים ביעילות של עשרות בודדות של אחוזים בלבד בממוצע (שיא העולם עומד על 34.5%). התוספת שמתקבלת באמצעות כיסוי הלוחות בשכבה המחקה את המנגנון של עלי הכותרת הוא פתרון אלגנטי ופשוט יחסית להפקת יותר אנרגיה מהטכנולוגיה הנוכחית.  

למקור הידיעה