Slnko na palube

Slnko je nesmierne mocný zdroj energie – osvetľuje a zohrieva planéty, umožňuje klímu a život na Zemi a svojou gravitáciou drží pohromade celý planetárny systém. Vďaka našej hviezde je Zem obývateľná a celá naša Slnečná sústava živým miestom.

Naša najbližšia hviezda premení každú sekundu asi 600 miliónov ton vodíka na hélium, pričom štyri milióny ton hmoty sa zmenia na energiu. Slnečné žiarenie k nám dorazí za približne osem minút a poháňa na Zemi všetky procesy, od počasia po fotosyntézu. Bez energie Slnka by Zem zamrzla a život by neexistoval.

Bez emisií, ale zložito

Naša doprava zatiaľ využíva Slnko prevažne vo forme energie, ktorú zachytili prehistorické organizmy počas svojho života a ktorá zostala zakonzervovaná v ich fosíliách milióny rokov po ich smrti. Je to však krkolomný spôsob, pretože fosílne palivá treba ťažiť, a tiež špinavý, keďže na využitie energie sa palivá musia spaľovať, pričom vznikajú emisie nevhodné pre zdravie ľudí aj klímu. A je aj neudržateľný: zásoby fosílnych palív na Zemi sa vyčerpajú nepomerne skôr, ako sa odporúča samotné Slnko.

Myšlienka využiť fotovoltické články, ktoré neuvoľňujú nijaký odpad, nie je nová. V roku 1955 predviedol William G. Cobb z General Motors miniatúrny model auta na solárny pohon nazývaný Sunmobile. O tri roky neskôr nasadila International Rectifier Company solárny panel na historický elektromobil Baker z roku 1912. Ukázalo sa, že osobné vozidlo môže potenciálne jazdiť výlučne na energiu Slnka. Nebol v tom nijaký futurizmus – francúzsky fyzik Alexandre Becquerel zistil, že svetlo dopadajúce na elektródy môže vyvolať elektrický prúd už v roku 1839, keď priekopníci spaľovacích motorov experimentovali so svietiplynom a do benzínového motora zostávalo pol storočia. Pre solárny pohon však platí, že na využitie jednoduchého princípu nemusí stačiť jednoduchá technológia.

V roku 1883 americký vynálezca Charles Fritts skonštruoval prvý funkčný solárny článok zo selénu pokrytého vrstvou zlata. O rok neskôr inštaloval prvú sústavu selénových článkov na streche newyorského laboratória kolegu-vynálezcu Georgea Cova, ktorý neskôr sám získal patent na výrobu elektriny využitím prílivovej energie. Ch. Fritts okamžite rozpoznal potenciál fotovoltiky, ten sa však ešte nenaplnil. Selénové články mali účinnosť iba asi 1 %, a to bolo na efektívnu výrobu elektriny príliš málo.

Kritická účinnosť

Hoci Slnko poskytuje obrovské množstvo energie, jej využitie na pohon naráža na limity. Hlavným problémom je nízka hustota výkonu: slnečné žiarenie dodá na každý m² povrchu Zeme asi 1 kW energie a bežné fotovoltické články z toho dokážu premeniť na elektrinu len približne 15 až 25 %. Bežný elektromobil s úplne pokrytou karosériou tak vyrobí elektrický výkon, ktorý mu postačí na niekoľko desiatok kilometrov dojazdu počas ideálneho slnečného dňa, v reálnych podmienkach ešte menej.

Prvý prakticky využiteľný fotovoltický článok americkej firmy Bell Labs z roku 1954 bol z kremíka a vďaka svojej účinnosti 6 % už dokázal napájať malé zariadenia (v roku 1958 takéto panely napájali americkú družicu Vanguard 1). A vývoj sa nezastavil. Najrozšírenejšie panely súčasnosti sú z monokryštalického kremíka s účinnosťou okolo 20 %. Tenkovrstvové sú ľahšie, ale menej účinné. Perovskity (kryštalický minerál a hybridy olova a halogenidov) a tandemové články (perovskit a kremík) dosahujú účinnosť nad 30 %, ich nevýhodou je však nízka trvanlivosť.