Μπορούν να μας σώσουν τα φωτοβολταϊκά

Σε μια χώρα με άπλετο ήλιο όπως η Ελλάδα φαντάζει αυτονόητο ότι πρέπει να ποντάρουμε «τα ρέστα μας» στην ηλιακή ενέργεια. Τι είναι αυτό που μας κρατάει πίσω και τι υπόσχονται οι νέες τεχνολογίες;
Στην εικόνα ο χάρτης κατανομής της ηλιοφάνειας στην Ευρώπη. Η Κρήτη και το Αιγαίο εισπράττουν «κιλοβάτ Σαχάρας»
Υπάρχουν πολλοί άνθρωποι - τουρίστες κυρίως - που αναρωτιούνται γιατί με τόσο ήλιο έχουμε ακόμη... περισσότερες διαφημιστικές πινακίδες στις ταράτσες μας από φωτοβολταϊκά. Αλλά υπάρχουν και πολλοί Ελληνες που επένδυσαν στα φωτοβολταϊκά και... δεν θέλουν να τους μιλούν γι' αυτά. Η παραδοξότητα αυτή έχει τις «γραφικές» οικονομικές εξηγήσεις της, αλλά και σε διεθνές επίπεδο εύλογα αιωρείται το ερώτημα: εφόσον μας λένε ότι η ηλιακή ενέργεια που φθάνει στη Γη είναι 6.000 φορές μεγαλύτερη της ενέργειας που καταναλώνουν όλοι μαζί οι άνθρωποι (89 Petawatt έναντι 15 Terawatt) και ότι η ηλιακώς παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια έχει την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα (170 Watt ανά τετραγωνικό μέτρο) από όλες τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, γιατί η εκμετάλλευσή της παραμένει ισχνή;
Οπως θα σας πει κάθε «ενεργειακός σύμβουλος», η συνταγή επιτυχίας μιας φωτοβολταϊκής επένδυσης είναι γινόμενο της ηλιοφάνειας, της επιφάνειας κάλυψης και της αποδοτικότητας των στοιχείων. Με την ηλιοφάνεια να είναι από σταθερή ως αύξουσα και την τιμή των φωτοβολταϊκών μονάδων να πέφτει συνεχώς - 60% μείωση από το 2008 ως το 2011 - η σημασία της έκτασης που θα καλύψουμε μειώνεται. Αρα, για να φθάσουμε στην απάντηση, θα έλεγε κανείς ότι μας μένει να βρούμε τι κρατάει χαμηλή την αποδοτικότητα των φωτοβολταϊκών στοιχείων.
Tο όριο Shockley-Queisser
Θεωρητικά, από τη μεριά της Φυσικής, η απάντηση υπάρχει και έχει όνομα: το όριο Shockley-Queisser. Τι είναι αυτό το όριο; Είναι η θεωρητικώς μέγιστη απόδοση ενός φωτοβολταϊκού κυττάρου, που μέτρησαν το 1961 οι αμερικανοί εφευρέτες των ημιαγωγών William Shockley και Hans Queisser. Προκειμένου για φωτοβολταϊκά φτιαγμένα από πυρίτιο, με μονή ένωση p-n και διάκενο ζώνης 1,1 eV (ηλεκτρονιοβόλτ), η μέγιστη αυτή απόδοση είναι κάπου 33,7%. Δηλαδή, από την όλη ηλιακή ακτινοβολία που φθάνει σε ένα φωτοκύτταρο (κάπου 1.000 W/m²) μόνο το 33,7% μετατρέπεται σε ηλεκτρισμό (337 W/m²).

Και πώς... ξεπερνιέται
Στην πράξη, τα κρυσταλλικά φωτοκύτταρα μονής ένωσης του εμπορίου έχουν απόδοση της τάξης του 12%-18% και ελάχιστα - όπως της καλιφορνέζικης Sunpower - «πιάνουν» απόδοση 19,5%. Tα πανάκριβα φωτοβολταϊκά τριπλής ένωσης της Sharp και της Boing Spectrolab κατορθώνουν να έχουν απόδοση ενεργειακής μετατροπής 35,8 και 40,7%, αντίστοιχα. Με τη χρήση συγκεντρωτών - που αυξάνουν ακόμη περισσότερο το κόστος - το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμης Ενέργειας των ΗΠΑ (NREL) άγγιξε τον Απρίλιο του 2011 την απόδοση του 43,5%. Από αυτή λοιπόν τη συνδυαστική ανεπάρκεια τεχνολογίας - κόστους παραγωγής πηγάζει παγκοσμίως η ανάγκη πολιτικών επιδότησης των επενδύσεων σε φωτοβολταϊκή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, που στα καθ' ημάς μεταφράστηκε σε γαϊτανάκι γραφειοκρατικών άθλων και αθλιοτήτων.

Το ζητούμενο επίτευξης τεχνολογιών που θα ξεπεράσουν αυτό το φράγμα στην απόδοση των φωτοβολταϊκών απασχολεί πλήθος επιστημόνων παγκοσμίως. Είναι χαρακτηριστική η ημερίδα που διοργανώνεται την επόμενη Κυριακή, 29 Ιουλίου 2012, στο Caltech (Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνιας) υπό τον τίτλο «Επανακαθορίζοντας τα όρια της φωτοβολταϊκής απόδοσης». Διαβάζοντας το πρόγραμμά της βλέπουμε ότι θα συμμετέχουν ερευνητές των πανεπιστημίων και των κυβερνητικών υπηρεσιών «για να εξετάσουν νέα υλικά και διεργασίες που θα μπορούσαν να ξεπεράσουν το όριο Shockley-Queisser». Ωστε... υπάρχουν λύσεις; Ναι, και μάλιστα διαφόρων ειδών. Στη συνέχεια θα τις εξετάσουμε υπό το πρίσμα της επικαιρότητας, αλλά και με τη βοήθεια ενός κατ' εξοχήν ειδικού.