Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkai kuria itin plonus, lengvus ir lanksčius saulės elementus, kurie ateityje galėtų aprūpinti elektra mažuosius Žemės palydovus. Naujoji technologija leistų padidinti palydovų gaunamos energijos kiekį nedidinant jų masės, o tai itin svarbu kosmoso pramonėje, kur kiekvienas papildomas gramas didina skrydžio išlaidas.
KTU mokslininkų įkurta įmonė „SantakaPV“ plėtoja perovskitinių saulės elementų technologiją. Šie elementai gali būti gerokai plonesni ir lengvesni už įprastus, be to, juos galima gaminti ant lanksčių paviršių.
Mokslininkų teigimu, tokia technologija galėtų būti ypač naudinga mažiesiems palydovams, kurių dydis ir masė griežtai ribojami, tačiau energijos poreikis nuolat auga.
Daugiau energijos – be papildomo svorio
Mažieji palydovai šiandien naudojami ryšiui, Žemės stebėjimui, moksliniams tyrimams ir kitoms užduotims. Juose įrengiami vis galingesni jutikliai, ryšio ir duomenų apdorojimo įrenginiai, kuriems reikia vis daugiau elektros energijos.
Tačiau didesni saulės skydai reiškia ir didesnę masę. Todėl mokslininkai ieško būdų, kaip padidinti palydovų energijos tiekimo sistemų galią jų neapsunkinant.
„Problema, kurią siekiame spręsti, labai konkreti – kaip padidinti palydovui prieinamą energijos kiekį neapkraunant jo sunkesne energijos generavimo sistema“, – sako „SantakaPV“ finansų vadovė dr. Deimantė Krisiūnė.
Pasak jos, šiuo požiūriu ypač svarbus saulės elementų galios ir masės santykis – kiek elektros galios galima gauti iš vieno kilogramo įrangos.
Itin ploni ir lankstūs perovskitiniai elementai taip pat leistų kurti suskleidžiamus saulės skydus. Tokie skydai paleidimo metu užimtų nedaug vietos, o pasiekus orbitą galėtų būti išskleidžiami.
Tai ypač svarbu sparčiai augančioje mažųjų palydovų rinkoje. Lietuvoje kuriamų kosmoso technologijų pažangą rodo ir Lietuvos technologijų įmonės į orbitą iškelti trys palydovai.
Naujos galimybės slypi molekulių sandaroje
„SantakaPV“ vadovas, KTU mokslininkas dr. Artiomas Magomedovas (Artiom Magomedov) aiškina, kad perovskitiniai saulės elementai išsiskiria ne tik savo plonumu ir lankstumu.
Jų savybes galima keisti parenkant skirtingas medžiagas ir keičiant elemento sluoksnių sandarą. Taip technologiją galima pritaikyti įvairioms veikimo sąlygoms.
Perovskitai – tai tam tikros kristalinės sandaros medžiagos, galinčios veiksmingai sugerti šviesą ir paversti ją elektros energija.
Šios srities pažanga pastaraisiais metais buvo itin sparti. Laboratorijose pavienių perovskitinių saulės elementų energijos keitimo naudingumo koeficientas jau pasiekė apie 27 proc., o su siliciu sujungtų tandeminių elementų – viršijo 35 proc.
Vis dėlto šie rodikliai yra pasaulinių laboratorinių tyrimų rezultatai, o ne konkrečių „SantakaPV“ palydovams kuriamų elementų išmatuotas našumas.
Vienas svarbiausių KTU mokslininkų darbo ypatumų – gebėjimas patiems kurti ir sintetinti funkcines medžiagas, iš kurių formuojami saulės elementų sluoksniai.
Keisdami molekulių sandarą, tyrėjai gali gerinti elektros krūvininkų judėjimą, mažinti energijos nuostolius ir didinti elementų veiksmingumą bei patvarumą.
Šioje srityje dirba ir kitos Lietuvos mokslininkų grupės. Alkas.lt anksčiau rašė apie Vilniaus universiteto mokslininkų atliekamus saulės elementų tyrimus, kuriais taip pat siekiama gerinti šviesos pavertimo elektra veiksmingumą.
Technologijos laukia išbandymai kosmoso sąlygomis
Nors laboratoriniai tyrimai daug žadantys, iki naujųjų saulės elementų panaudojimo tikruose palydovuose dar laukia ilgas kelias.
Kosmose įranga turi atlaikyti jonizuojančiąją spinduliuotę ir kitas nepalankias aplinkos sąlygas, patikimai veikti ilgą laiką. Todėl vien didelio naudingumo koeficiento nepakanka.
Šiuo metu „SantakaPV“ technologija dar kuriama ir tikrinama. Mokslininkai rengiasi išsamiems atsparumo spinduliuotei, ilgalaikio patvarumo ir kitiems bandymams.
Svarbus žingsnis žengtas šių metų spalį, kai KTU mokslininkų grupė pradėjo vykdyti Europos kosmoso agentūros (EKA) projektą, skirtą vienam iš šios technologijos kūrimo iššūkių spręsti.
Pasak D. Krisiūnės, šio projekto metu įgytos žinios ir pasiekti rezultatai turėtų padėti sukurti tvirtą mokslinį bei technologinį pagrindą tolesniems tyrimams.
Mokslininkė pabrėžia, kad komanda siekia kuo anksčiau nustatyti galimas technologijos silpnąsias vietas, kad būtų galima jas pašalinti dar prieš pradedant taikyti naujuosius elementus tikrose kosminėse misijose.
„SantakaPV“ taip pat dalyvauja Inovacijų agentūros programoje „Kickstart Lab“, padedančioje jaunoms technologijų įmonėms pasirengti veiklai rinkoje.
Komandą sudaro KTU mokslininkai dr. Artiomas Magomedovas, dr. Deimantė Krisiūnė ir dr. Kasparas Rakštys bei saulės energetikos pramonės atstovai dr. Julius Denafas ir Paulius Laurikėnas.
Ši iniciatyva papildo sparčiai augančią Lietuvos kosmoso technologijų sritį, kurioje šalies mokslininkai ir įmonės vis aktyviau įsitraukia į Europos kosmoso programas.
Saulės energija galėtų maitinti ir kasdienius įrenginius
Perovskitinių saulės elementų pritaikymo galimybės neapsiriboja kosmosu.
Pasak A. Magomedovo, šie elementai gali būti pritaikomi veikti ne tik tiesioginėje saulės šviesoje, bet ir esant gerokai silpnesniam patalpų apšvietimui.
Tai atveria galimybes kurti nedidelius elektroninius įrenginius, kurie bent dalį savo darbui reikalingos energijos pasigamintų patys.
Tokia technologija galėtų būti naudojama įvairiuose jutikliuose, išmaniuosiuose prietaisuose ir daiktų interneto sistemose, sumažindama poreikį nuolat keisti ar įkrauti jų maitinimo elementus.
Mokslininkų siekis – pasiekti, kad elektros energijos gamyba taptų ne atskirai prijungtos sistemos, o paties įrenginio dalimi.
Jeigu technologija pasiteisins, KTU mokslininkų kuriami saulės elementai ateityje galėtų būti naudojami tiek Žemės orbitoje skriejančiuose palydovuose, tiek nedideliuose kasdieniuose elektroniniuose prietaisuose.
Parengta pagal Kauno technologijos universiteto pranešimą.
