Умни фотоволтаици превръщат и дъжда в ток
Испански учени разработиха перовскитна слънчева клетка с нанофилм, който използва дъжда за производство на допълнителна електроенергия.
Облаците и проливният дъжд обикновено ограничават производството на слънчевите панели. Испански учени обаче разработиха хибридна клетка, която използва и падащата вода.
Екипът работи в Лабораторията за нанотехнологии за повърхности и плазма към Института по материалознание в Севиля. Технологията е описана в научния журнал Nano Energy.
Иновацията използва 100-нанометров флуориран полимерен филм върху перовскитна слънчева клетка. Той изпълнява едновременно защитна, оптична и енергогенерираща функция.
Перовскитите представляват кристални материали с висока способност да поглъщат различни дължини на светлинните вълни. Затова те могат да бъдат по-ефективни от силициевите клетки.
Халогенидните перовскити имат и по-ниска производствена цена от силиция. Материалите обаче остават чувствителни към влагата и екстремните условия.
Испанските изследователи решават този проблем чрез плазмено усилено химическо отлагане от пари. Техниката е известна като PECVD.
Процесът протича при стайна температура и без допълнителни химикали. Така чувствителните слоеве на клетката не се увреждат при нанасянето.
Полученият филм увеличава ъгъла на контакт между водата и повърхността. Това удвоява устойчивостта на клетката към влагата.
Покритието също намалява отражението и повишава прозрачността за светлината. Така перовскитната клетка може да абсорбира повече слънчева енергия.
Третата функция превръща движението на дъждовните капки в електрически потенциал. Капките се плъзгат по обработената повърхност и създават триене.
Този процес използва трибоелектричния ефект. При него материалите се наелектризират чрез контакт или триене.
При тестовете капсулираните клетки запазват над половината от първоначалната си ефективност. Изпитването продължава десет дни при висока температура и влажност.
В друг тест хибридното устройство остава потопено във вода повече от 15 минути. Въпреки това то запазва производителността си.
Произвежданата мощност достига около 4 миливата на квадратен сантиметър. Този резултат все още не позволява замяна на големите силициеви панели.
Технологията обаче може да захранва нискоенергийни електронни устройства. Сред тях са сензори за наблюдение в отдалечени и труднодостъпни райони.
Подобни устройства често се нуждаят от малко електричество през нощта или облачните дни. Именно тогава традиционните фотоволтаици произвеждат по-малко енергия.
Разработката допълва други идеи за производство на ток от водата. Сред тях е технологията за използване на осмозата, описана в материала за ток от осмозата на водата.
Учени от Сингапур също изследват електричеството от падаща вода. Те използват тясна пластмасова тръба с ширина два милиметра и дължина 32 сантиметра.
В тръбата капките се движат на отделни порции, разделени от въздушни джобове. Този режим се нарича запушен поток.
Проводници в горната и долната част на тръбата събират получения електрически заряд. Изследователите наричат инсталацията „падаща дъждовна батерия“.
Контактът между водата и твърдата повърхност разделя спонтанно положителните и отрицателните заряди. Така се образува двоен електрически слой.
Традиционните устройства обаче срещат ограничение, свързано с Дебаевата дължина. Тази зона е изключително малка и трудно позволява събиране на значителен заряд.
Запушеният поток заобикаля това ограничение. Той достига плътност на мощността около 100 вата на квадратен метър.
Получената енергия може да захранва няколко малки крушки или отдалечени сензори. Методът използва движението на водата, а не силата на водопади или язовири.
„Потокът, който пада по милиметрова тръба, генерира електричество с висока ефективност – около 5 пъти повече от непрекъснатия поток, както и повече от други технологии, които ползват падаща вода“
Сиоулинг Сох от Националния университет на Сингапур уточнява, че системата не разчита на големи водни съоръжения.
„Не говорим за водопади или язовири“
Той описва специфичен воден режим, който създава условия за по-ефективно производство на чисто електричество.
И двете разработки принадлежат към развиващата се сфера на трибоелектричната наногенерация. Изследователите проучват енергията от триене, огъване и падаща вода.
Сингапурският екип тества чешмяна, солена, гореща и студена вода. Според резултатите истинският дъжд може да произвежда повече енергия.
Причината е по-високата крайна скорост на дъждовните капки. Други нови фотоволтаични решения също търсят по-ефективно използване на възобновяемата енергия.
„Дъждът е изобилен и безплатен. Трябва просто да намерим по-добри начини да го използваме”, казва Сох.
