I když zásoby ropy, zemního plynu a uhlí zatím nedocházejí, probíhá v rozvinutých zemích čím dál tím intenzivnější hledání alternativních zdrojů energie. Přestože tradičních paliv je pořád ještě dostatek, nezdá se, že by toto úsilí bylo předčasné; už proto, že tyto zdroje jsou vesměs obnovitelné, neprodukují skleníkové plyny a nepodléhají výkyvům spojeným s mezinárodní politikou. Přestože hrozba klimatických změn se dostává do středu zájmu až v poslední době, výzkum nových zdrojů energie je již dlouho v plném proudu, a nedávný nárůst cen ropy tomuto výzkumu samozřejmě ještě nahrává. Doba mezi počátkem výzkumu a dosažením použitelných výsledků se i zde měří na roky; protože však výzkum v mnoha světových laboratořích byl zahájen již před řadou let, myslím že se můžeme těšit na brzké uvedení technologických novinek na trh.

Jednou z nadějných cest je využití slunečního záření jehož je na Zemi dostatek nebo spíše i nadbytek. Mohlo by tak sloužit nejenom jako zdroj tepla ale i elektrické energie. Na této myšlence samozřejmě není nic převratného; první zařízení schopné přeměnit světlo na napětí, tzv. fotovoltaický článek, byl sestrojen již před více než půlstoletím. Sluneční články dnes zná asi už každý, ale v našich zeměpisných šířkách tyto články širší použití, snad kromě kalkulaček a některých speciálních zařízení, zatím nemají. To by se ale v dohledné době mohlo změnit, a fotovoltaických článků na střechách domů bychom mohli vídat více než dosud.

Faktory omezující rozšíření solárních článků jsou v současnosti dva: jednak účinnost přeměny energie, jednak jejich cena (samostatnou kapitolou je pak skladování energie v akumulátorech). Jak už to bývá, hledají se proto nové technologie, levnější a/nebo účinnější. Zaujalo mě, s kolika rozdílnými novými přístupy se v tomto oboru lze setkat.

Zajímavou myšlenkou je například využití vlastností fotovodivých polymerů. Za jejich objev byla roku 2000 udělena Nobelova cena; výhodou polymerů by mohla být jejich ohebnost a nízká cena. Bohužel účinnost fotovoltaických článků z polymerů zůstává dosud na hranici jen několika procent, takže od jejich komerčního nasazení nás zřejmě stále dělí dlouhá doba.

Nadějnější by mohla být technologie jejímž cílem je využít co největší část dopadajícího slunečního světla. Stávající křemíkové články mají účinnost jen asi okolo 16 procent; velká část světla která na ně dopadá zůstává nevyužita proto, že křemík je nepohlcuje. Navíc toto světlo celé zařízení ohřívá, což má za následek nežádoucí snížení účinnosti. Nabízí se proto možnost používat na jednom panelu kromě křemíku i jiné polovodiče (většinou se uvažuje o třech různých materiálech) z nichž každý by pohlcoval jinou spektrální oblast. Původní představy směřovaly k uspořádání kdy by tyto vrstvy byly umístěny nad sebou; zdá se však, že vyrobit takovou strukturu by bylo technologicky velmi náročné. Nověji se proto uvažuje o tom, že by na panelu byly rozmístěny malé základní buňky z různých polovodičů a speciální průhledná deska nad panelem (s prvky tzv. difrakční optiky) by světlo směrovala podle barev na příslušný polovodivý prvek.

Byl zveřejněn i obdobný nápad, kdy by poměrně drahé křemíkové články byly rozmístěny v odstupech a zvláště vyvinutá deska upevněná nad nimi by sbírala sluneční světlo z plochy několikanásobně větší než plocha článků; díky difrakční optice lze dosáhnout toho, aby na články dopadala jen ta část spektra kterou křemík může absorbovat, a tím opět zvýšit účinnost.

Vysoká cena krystalického křemíku souvisí především s tím, že výroba velkých krystalů připomínajících rozměry špalky dřeva je dosti náročná; krystaly se pak musí rozřezat na tenké plátky, avšak řezáním se ztratí mnoho materiálu. Ze získaných tenkých plátků se pak nakonec využívá jen velmi tenká povrchová vrstva, neboť světlo v křemíku do hloubky neproniká. Proto se již dlouho provádí výzkum křemíkových tenkých vrstev, jejichž výhodou je, že prakticky všechen objem naneseného křemíku se využívá pro generování napětí. Ve srovnání s tradičními křemíkovými články je ale účinnost s využitím tenkých vrstev asi třikrát nižší.

Možná největší šanci způsobit revoluci v konstrukci solárních článků má uspořádání jež vyvinuli japonští výzkumníci a v současnosti je uvádějí na trh. Jedná se opět o krystalický křemík; zatímco obvyklé články tento polovodič používají ve tvaru destiček, podařilo se Japoncům ovládnout technologii která umožňuje produkovat křemíkové kuličky; ty jsou pak rozmístěny v jakémsi plástu přičemž v každé buňce je jedna kulička o průměru asi jednoho milimetru, a vnitřní strany šestibokých buněk jsou pokoveny, takže na kuličky dopadá světlo téměř ze všech směrů. Na jeden watt elektrické energie je tak nyní potřeba asi čtyřikrát menší hmotnost křemíku než v klasických článcích, a dalšího zvýšení účinnosti v poměru k objemu křemíku chce firma dosáhnout použitím ještě menších kuliček. Tyto články se již v Japonsku začínají vyrábět. Aby nápadů nebylo dost, jiná konkurenční japonská firma vyvinula obdobou technologii, zmíněné kuličky jsou však zabudovány do průhledných desek, takže vznikají okna která utlumí sluneční záření a navíc ještě poskytnou elektrickou energii.

Ačkoliv tedy můj optimismus může být přehnaný, domnívám se, že doba širokého nasazení fotovoltaických elektráren a relativně levné produkce elektřiny ze Slunce je již blízko, ať už jejich princip bude jakýkoliv.