Новые солнечные панели генерируют энергию даже в дождь

Критики популяризации электромобилей используют как аргумент против тот факт, что при переходе на электротранспорт существующие мощности электростанций не выдержат такого потребления энергии. Поэтому придется строить неэкологичные электростанции такие как угольные или атомные. А они не выполняют норм по безопасности.

Чтобы обойти эту проблему, технологии возобновляемой энергетики развиваются. За последние 10 лет сильный толчок в развитии получила ветровая энергетика, где себестоимость электроэнергии упала в 3-5 раз. Сильно упала в цене и солнечная, причем настолько, что европейские производители панелей для электростанций запросили помощи у правительства, так как их цена при покупке у китайских производителей напоминает демпинг.

И вот китайские ученые разработали новую технологию. В соответствии с полученными данными, новые солнечные панели получают энергию от солнца и дождя.

Солнечная энергия находится на подъеме. Технические достижения сделали солнечные батареи эффективным и доступными в последние 5-10 лет. Существенным недостатком остается то, что солнечные батареи не вырабатывают энергию когда идет дождь.

Теперь же такая ситуация изменится: китайские исследователи разработали новое решение для создания всепогодного солнечного элемента, который работает как от солнечного света, так и от капель дождя. Результаты своей работы они опубликовали в Журнале Angewandte Chemie.

 Команда из Океанского университета (Ocean University of China, Qingdao) и университета Юньнать (Yunnan Normal University, Kunming) разработали высокоэффективную фотоэлектрическую ячейку гретцеля. Для производства электроэнергии из капель дождя ученые использовали тончайшую пленку из графена.

Графен представляет собой двумерную форму углерода, в котором атомы расположены в структуре, которая напоминает пчелиные соты. Его легко получают окислением, отшелушиванием, и последующим восстановлением графита. Этот материал обладает уникальными электронными свойствами: он хорошо проводит ток и содержит множество свободных электронов, которые без труда перемещаются по всему слою. Графен способен связывать положительно заряженные ионы со своими электронами (кислотно-основное взаимодействие Льюиса) в водных растворах. Это свойство используется в процессах на основе графена для удаления ионов свинца и органических красителей из растворов.

Это явление вдохновило исследователей, работающих с Qunwei Tang (профессор материаловедения в Ocean University of China) использовать графеновые электроды для получения энергии от воздействия капель дождя. Капли дождя — не чистая вода. Они содержат соли, которые диссоциируют на положительные и отрицательные ионы. Положительно заряженные ионы, в том числе солей натрия, кальция и ионы аммония, могут связываться с поверхностью графена.

Когда капля дождя попадает на графеновое покрытие, в точке соприкосновения она насыщается положительно заряженными ионами. В это же время графен обогащается делокализованными электронами. Следствием этого является образование двойного процесса — из электронов и положительно заряженных ионов, который получил название «псевдоконденсация». Разность потенциалов, связанных с этим явлением, достаточная для получения напряжения и тока.

Эта теория была подтверждена лабораторными испытаниями. При этом, эффективность преобразования энергии, продемонстрированная в экспериментах, составила приблизительно 6,5%. Цифра, конечно, не очень большая, ведь у чисто солнечных батарей КПД достигает 20%. Но авторы исследования считают, что проведение дальнейших исследований и совершенствование технологии даст возможность изготовить весьма эффективные солнечные батареи, имеющие возможность работать вне зависимости от погодных условий. Тем не менее, даже при высокой стоимости использования этого метода, такие панели, имеющие графеновое покрытие, вполне можно начинать использовать там, где часто наблюдается дождливая погода.

Говорить о скором выходе готового коммерческого продукта на основе «всепогодных» солнечных панелей пока рано. Однако учёные уверены, что после ряда дополнительных тестов и усовершенствований, технология станет достаточно перспективной и даже потеснит традиционные фотоэлементы.