Tyrėjų komanda iš Sevilijos Medžiagų mokslo instituto (ICMS) Ispanijoje sukūrė hibridinį, perovskitu pagrįstą įrenginį, kuris gali vienu metu veikti tiek lyjant, tiek šviečiant saulei. Taip įveikiami įprastai debesuotomis dienomis veikiančių saulės elementų apribojimai.
Skelbiama, kad ši inovacija turėtų paskatinti sparčiau diegti daiktų interneto (IoT) sprendimus ir įvairius lauko jutiklius, skirtus statinių būklei bei aplinkos sąlygoms stebėti.
Saulės elementų technologijų pažanga leido statyti milžiniškas saulės elektrines, kurios paverčia saulės energiją elektra be anglies dioksido emisijų. Vis dėlto iki šiol panaudojame tik nedidelę dalį Žemę pasiekiančios Saulės energijos.
Dėl šios priežasties mokslininkai aktyviai tyrinėja perovskitines medžiagas, kurios žada didesnį energijos konversijos efektyvumą nei tradiciniai saulės elementai. Perovskitų efektyvumas ir palyginti maža kaina daro juos patraukliu pasirinkimu, tačiau tokios celės iki šiol turėjo patikimumo problemų.
ICMS sukurta technologija, leidžianti perovskitiniam saulės elementui veikti tiek saulėje, tiek lyjant, iš dalies sprendžia ir šią patikimumo problemą.
Hibridinio įrenginio kūrimas
ICMS tyrėjai sukūrė itin ploną plėvelę, kuri ne tik apsaugo perovskitinę celę, bet ir leidžia jai generuoti energiją iš krentančių lietaus lašų. Šiai plėvelei pagaminti buvo panaudotos plazminės technologijos, o jos storis nesiekia 100 nanometrų. Palyginimui, vidutinis žmogaus plaukas yra apie 80 000 nanometrų storio.
Ši itin plona plėvelė atlieka dvejopą funkciją. Pirmiausia ji veikia kaip sandarinamoji danga, kuri apsaugo perovskitinių celių cheminę sudėtį ir kartu padidina jų šviesos sugertį. Be to, šis sluoksnis veikia kaip triboelektrinis paviršius – jis geba paversti krentančių lašų judesio (kinetinę) energiją elektros energija.
ICMS laboratorijoje atlikti bandymai parodė, kad vienas lietaus lašas gali sukurti apie 110 V potencialų skirtumą – tai pakanka nedideliam nešiojamam įrenginiui maitinti.
„Mūsų darbe pasiūlytas pažangus sprendimas sujungia perovskitinių saulės elementų fotovoltinę technologiją su triboelektriniais nanogeneratoriais plonos plėvelės konfigūracijoje ir taip pademonstruoja abiejų energijos surinkimo sistemų įgyvendinimo galimybes“, – pranešime cituojama ICMS tyrėja Carmen Lopez.
Nauda IoT ir jutikliams
Įprasti saulės elementai puikiai veikia esant ryškiai saulei, tačiau debesuotomis dienomis jų efektyvumas ir galia smarkiai sumažėja. Šalyse ar regionuose, kur dažnai ir ilgai lyja, tai tampa rimta kliūtimi saulės technologijų plėtrai.
Sukūrę įrenginį, kuris gali dirbti tiek lyjant, tiek šviečiant saulei, ICMS mokslininkai padėjo išspręsti energinės autonomijos problemą daugelyje taikymo sričių.
Tyrėjų teigimu, jų inovacija gali maitinti įvairius įrenginius, pavyzdžiui, šviesos diodų (LED) grandines, net ir tada, kai šie yra panardinti į vandenį. Be to, tokios dangos gali padėti perovskitinėms saulės baterijoms geriau atlaikyti temperatūros ir drėgmės svyravimus.
„Mūsų tyrimas pabrėžia plazminėmis technikomis nusodinimų dangų potencialą kaip daugiafunkcį sprendimą: jos ne tik apsaugo jautrius energijos įrenginius, bet ir leidžia kurti sistemas, gebančias rinkti energiją iš įvairių aplinkos šaltinių, pavyzdžiui, hibridinių saulės–lietaus panelių, dar vadinamų lietaus panelėmis“, – rašo mokslininkai.
Šie tyrimai gali būti itin naudingi kuriant autonominius lauko jutiklius, naudojamus dideliuose inžineriniuose statiniuose, tokiuose kaip tiltai, taip pat aplinkos stebėjimo sistemose, skirtose orų prognozavimui ar precizinei žemdirbystei. Didelės naudos iš šių technologijų tikimasi ir daiktų interneto (IoT) pramonėje.
