Специальное покрытие делает возможным то, что раньше было немыслимо: солнечные элементы генерируют энергию даже во время дождя.
Солнечные элементы работают по принципу: когда светит солнце, вырабатывается электричество. А вот если небо потемнеет и пойдет дождь, то солнечные батареи – это просто приятный аксессуар на крыше дома. А что, если бы электричество вырабатывалось уже тогда?
Подробности читайте после объявления
Именно над этим работает команда Института материаловедения в Севильи (ICMS). Исследователи, по-видимому, нашли способ использовать два источника энергии с одним компонентом, а именно солнечный свет и кинетическую энергию падающих капель дождя.
Результаты своих исследований они опубликовали в научном журнале. НаноЭнергия опубликовано.
Как создается электрический ток за счет трения
В основе лежит перовскитный солнечный элемент — тип элемента, который считается перспективным благодаря своему высокому КПД и низкой стоимости материала. Затем исследователи используют плазменный процесс для нанесения слоя фторированного пластика, который по химическому составу напоминает тефлон.
Этот слой был протестирован при разной толщине: от 30 до 250 нанометров. Однако большинство испытаний проводилось при толщине слоя 130 нм. Покрытие было прозрачным для более чем 90 процентов солнечного света.
Если капля воды попадает на эту поверхность, происходит нечто интересное: когда капля ударяется, растекается и скатывается, электрические заряды смещаются между водой и покрытием.
Подробности читайте после объявления
Это явление, известное в физике как трибоэлектричество или статическое электричество, можно уловить как сигнал тока через встроенные электроды. По сути, каждая капля дождя работает как крошечный переключатель, который позволяет на короткое время течь электричеству.
Сильные скачки напряжения, но скромная непрерывная производительность
Результаты лабораторных измерений поначалу кажутся впечатляющими: одна капля дождя, падающая на землю, вызывает пики напряжения до 110 вольт.
Однако эта величина требует классификации. Напряжение высокое, но протекает лишь доли секунды. Реальная доступная непрерывная мощность составляет максимум около четырех милливатт на квадратный сантиметр — этого достаточно для небольших электронных компонентов, но далеко не то, что нужно домашнему хозяйству.
Под воздействием солнечного света лучшие элементы достигли эффективности 17,9 процента и практически не потеряли производительность благодаря дополнительному защитному слою.
Чтобы показать, что оба источника энергии действительно работают одновременно, команда запустила светодиодные лампы в лаборатории параллельно с имитацией солнечного света и искусственного дождя, заряжая при этом небольшие конденсаторы.
Защитный щит от главного врага перовскитной ячейки
Перовскитные солнечные элементы считаются перспективными. Но у них есть серьезный недостаток: влага, даже минимальная, может разложить кристаллический материал за считанные минуты.
Тот, кто хочет, чтобы капли дождя упали на такую ячейку, должен сначала решить эту основную проблему.
Помимо выработки электроэнергии, фторированное покрытие играет и вторую, не менее важную роль: оно обладает сильным водоотталкивающим эффектом и герметизирует чувствительные слои под ним.
В сочетании с дополнительным промышленным клеем на основе эпоксидной смолы защищенный таким образом элемент прослужил более 300 часов во влажных условиях в ходе испытания на долговечность.
Даже после полного погружения в воду на 15 минут он все еще работал, тогда как незащищенная ячейка сравнения вышла из строя всего через несколько минут.
Сама поверхность капли также оказалась устойчивой, сохраняя более 85 процентов своих первоначальных характеристик после более чем 17 000 ударов.
Когда домовладельцы получат выгоду от этой технологии?
Это пока лабораторные исследования на клетках сантиметрового размера. Вероятно, пройдет некоторое время, прежде чем будут созданы масштабные модули для крыш домов. Есть несколько дальнейших шагов, которые необходимо освоить, например, масштабирование на более крупные территории. Кроме того, покрытие должно проявить себя в реальных условиях эксплуатации.
В краткосрочной перспективе исследователи видят возможности для использования прежде всего в небольших энергонезависимых устройствах: датчиках на мостах или зданиях, метеостанциях в сельском хозяйстве или сетевых компонентах в Интернете вещей, которые необходимо надежно снабжать электроэнергией независимо от погоды.
Для всех, кто надеется на электроэнергию без выбросов CO2 в любую погоду, эта технология на данный момент остается делом будущего, хотя и имеет прочную научную основу.
