19.03.2018
Противники солнечной энергии любят указывать на фундаментальный недостаток фотогальванической технологии - она не работает под дождем. Но теперь этот недостаток успешно преодолен - команда китайских исследователей из Университета Сучжоу разработала солнечные элементы, которые собирают энергию из дождевых капель. Эти гибридные устройства работают, собирая запасные электроны из падающих капель воды, с целью выработки сразу и солнечной энергии, и энергии дождя.
Новые солнечные модули делают это, используя трибоэлектрический эффект: прикасаясь к ним, вода или воздух передают поверхностям свой электрический заряд.
Трибоэлектричество также связано и с технологией ветроэнергетики. Оно является перспективной областью исследований в сфере биомиметики - имитации природных процессов искусственными средствами.
По сравнению с той производительностью, которую обеспечивают традиционные солнечные панели, производительность новой технологии относительно невелика, на данный момент. Но ее разработчики утверждают, что некоторые усовершенствования точно позволят компенсировать потери производительности от солнечных батарей в дождливые дни.
Генерация солнечной энергии в дождь
Исследователи Университета Сучжоу создают солнечный элемент, который собирает энергию из капель дождя. Изображение: ACS Nano
Команда ученых из Университета Сучжоу разработала и создала устройство в стиле «сэндвич» с верхним слоем трибоэлектрических наногенераторов (TENG) и солнечной батареей. Прозрачный электрод между слоями позволяет солнечному свету свободно проходить к солнечному элементу ниже.
Поскольку слои TENG и электродов являются прозрачными, базовый солнечный элемент устройства работает с эффективностью, близкой к стандартной. При этом падающие на него капли дождя создают статическое трение, которое генерирует дополнительное напряжение, увеличивая конечный выход энергии и повышая производительность устройства.
Вытравливая микроскопические канавки на поверхности верхнего трибоэлектрического слоя и электрода, исследователи обнаружили, что они также могут поглощать больше солнечного света и улучшать взаимодействие дождевых капель.
При тестировании новый солнечный элемент продемонстрировал эффективность преобразования энергии 13,6%. Затем команда ученых использовала смоделированные осадки для проверки производительности наноразмерных слоев. Капли воды, падающие со скоростью одна в секунду, с высоты в пять сантиметров, генерировали 2,14 вольта электроэнергии.
Пока объем мощности, создаваемой устройством от падающего дождя, слишком мал, чтобы в ближайшем будущем произвести революцию в солнечной промышленности. Но исследователи говорят, что его прототип, способный производить сотни вольт, может быть разработан уже через 3-5 лет. Очень важным его дополнением смогут стать вплетенные в одежду солнечные устройства, собирающие дождь.
В настоящее время домохозяйства обязаны продолжать активно использовать эффективные и проверенные временем солнечные фотовольтаические панели, на своих крышах.