Falešná naděje: nanoanténky

Laboratorně se podařilo vyrobit nanoanténky, které jsou schopné zachytit část energie ze slunečního záření. V médiích se v souvislosti s tím opakovaně objevují zprávy obsahující formulace: „Soustava zlatých nanoantének na igelitové tašce dosáhla osmdesátiprocentní absorpce infračerveného záření. Uvážíme-li, že běžné fotovoltaické panely dosahují většinou méně než dvacetiprocentní účinnosti, je to jistě ohromující úspěch.“ Jindy se uvádí, že by zařízení s nanoanténkami mohlo využívat tepelné vyzařování Země v nočních hodinách.

Laika mohou uvedené „informace“ nadchnout. Odborník jen žasne, na co jsou novináři schopni naletět. Problém je, pokud laikem je například úředník Ministerstva průmyslu a obchodu, který rozhoduje o požadavcích na účinnost fotovoltaických panelů.

Soustava nanoantének na plastové fólii

Obrázek: Soustava nanoantének na plastové fólii.

Co je vlastně v citovaném textu napsáno

Citovaný text je možno shrnout do dvou výroků:

  • Nanoanténky absorbují v infračervené oblasti až 80 % dopadající energie
  • Běžné panely mají účinnost pod 20 %

Obě uvedené informace jsou pravdivé, týkají se však různých procesů. Srovnávat absorpci záření s účinností přeměny záření na elektřinu, je jako srovnávat povidla se slivovicí.

Ještě větší problém je s další informací:

  • Lze využívat energii tepelného vyzařování zemského povrchu

Co v textu chybí

spirála
  • Anténa obecně je zařízení, které je schopno zachycovat elektromagnetické záření v určitém rozsahu vlnových délek. Účinnost (přesněji zisk) širokopásmových antén je nižší než úzkopásmových antén stejného typu, velikost konstrukčních prvků antény přitom odpovídá vlnové délce. V případě infračerveného záření se delší rozměr jednotlivých prvků pohybuje v řádu stovek až tisíců nanometrů (desetin až jednotek mikrometrů), spirála na obrázku vpravo (zdroj: www.ornl.gov) je 5,37 mikrometru široká. Vyrobit funkční soustavu nanoantének na větší souvislé ploše je proto samo o sobě technický problém.
  • Běžné panely absorbují minimálně 80 % dopadající energie, na rozdíl od nanoantének je však tento údaj vztažen k celému spektru slunečního záření. Již při pohledu na fotografii nanoantének je zřejmé, že ve viditelné oblasti se chovají jako zrcadlo. Účinnost absorpce celého slunečního spektra se u nanoantének bude téměř jistě pohybovat pod 50 %, je však možno očekávat i hodnoty pod 20 %.
  • U běžných panelů se účinnost přeměny elektromagnetického záření na elektřinu pohybuje kolem 20 % (teoretický limit je 30 % i více), po vynásobení výše uvedenými 80 % vychází celková účinnost pod 20 %, což odpovídá citovanému textu.
  • V případě nanoantének se dosud nepodařilo vytvořit účinný vysokofrekvenční nanousměrňovač, který by byl schopen zachycenou energii přeměnit na využitelnou elektřinu. Veškerá energie se proto přemění na teplo, stejně jako se na teplo přemění nevyužitá energie v běžných fotovoltaických panelech. Celková účinnost přeměny slunečního záření na elektřinu je proto u nanoantének 0 % (slovy vůbec nic).

Domnělý „ohromující úspěch“ je v případě nanoantének jen projevem neznalosti autora textu citovaného v úvodu. Jiná možnost je, že se naopak jedná o záměrnou manipulaci.

Co se týče možnosti využívat pomocí nanoantének tepelné vyzařování zemského povrchu v nočních hodinách, je nutno si uvědomit, že vyzařovaný výkon je o řád nižší, než výkon dodávaný Sluncem v denních hodinách ve viditelném spektru. Celé zařízení by muselo být několikanásobně levnější, než fotovoltaické panely. Nanoanténky jsou navíc schopny efektivně zachytit pouze část spektra tepelného záření.

Závěr

Nanoanténky nebudou využívány k přímé konverzi slunečního záření na elektřinu ani v případě, že by se snad podařilo dořešit konverzi zachyceného záření na elektřinu. Přinejmenším nemohou ani z hlediska ceny ani z hlediska účinnosti konkurovat klasickým typům fotovoltaických panelů. Stejně tak nelze pomocí nanoantének využít tepelné vyzařování zemského povrchu v noci.

vytisknout nahoru

České fotovoltaické průmyslové asociace

EUROPEAN PHOTOVOLTAIC INDUSTRY ASSOCIATION