Солнце под водой
Следите за новостями по этой теме!
Подписаться на «Рифы и пачки / Твоя культура»
Учёные из китайского Yunnan University испытали солнечные элементы, способные работать под водой на глубине до 10 метров. Результаты опубликованы в научном журнале Joule. Если технология выдержит переход от лаборатории и коротких испытаний к реальной эксплуатации, она может обеспечить энергией подводные датчики, камеры, системы связи и автономные морские аппараты.
Исследователи разместили элементы на глубине 32 футов, то есть примерно 10 метров, в Южно-Китайском море. За два часа они смогли накопить достаточно энергии для зарядки набора литий-ионных аккумуляторов. Речь не о подводной электростанции, которая накормит энергией город, а о компактном источнике питания для оборудования, которому приходится месяцами работать вдали от людей.
Основой элементов стал свинцово-галоидный перовскит — материал, который активно изучают для солнечной энергетики. В состав добавили полимер polyhexamethylene guanidine hydrochloride. По данным авторов, эта добавка повысила эффективность и помогла материалу работать в сложной подводной среде.
Wen-Hua Zhang из Yunnan University отметил, что прежние исследования подводных солнечных элементов почти всегда ограничивались глубиной не более двух метров. Такой режим удобен для красивого научного отчёта, но плохо отвечает практическим задачам. Новая работа, по словам исследователя, стала первой функциональной проверкой элементов на глубине около 10 метров.
Производительность закономерно снижалась по мере погружения. На глубине двух метров элементы собрали 1 416 милливатт-часов энергии. На шести метрах показатель составил 752 милливатт-часа, а на десяти — 324 милливатт-часа. В отдельных лабораторных испытаниях эффективность преобразования энергии достигла почти 35%. Авторы считают, что каждый элемент можно будет использовать примерно пять с половиной лет.
Потенциальные применения довольно земные, даже если сами панели находятся под водой: сенсоры, камеры, коммуникационное оборудование и другие устройства, которые большую часть времени стоят на месте. Локальный источник энергии мог бы поддерживать их заряд и уменьшить потребность в регулярном обслуживании человеком.
Но у моря есть привычка портить презентации. Панели могут покрываться живыми организмами и органическими отложениями — это называется биообрастанием, или biofouling. Такой слой будет мешать свету достигать рабочей поверхности и, вероятно, потребует периодической очистки. Солнечный свет, который питает элементы, заодно способен помогать расти водорослям и прикрепляться морским организмам.
Поэтому речь пока идёт не о готовом массовом продукте, а о перспективной технологии с нерешёнными инженерными вопросами. Тем не менее исследование показывает, что перовскитные солнечные элементы могут стать основой автономных подводных энергосистем и помочь морским аппаратам работать дольше без постоянного вмешательства людей.
PEREC.RU
Исследователи из Yunnan University в Китае испытали подводные солнечные элементы на основе свинцово-галоидного перовскита. Добавление полимера polyhexamethylene guanidine hydrochloride должно было повысить эффективность и устойчивость материала. Эксперимент прошёл в Южно-Китайском море: элементы разместили на глубинах 2, 6 и 10 метров.
На двух метрах система собрала 1 416 милливатт-часов энергии, на шести метрах — 752 милливатт-часа, а на десяти метрах — 324 милливатт-часа. За два часа работы на глубине около 10 метров панели смогли накопить энергию для зарядки набора литий-ионных аккумуляторов. В отдельном лабораторном испытании эффективность преобразования энергии составила чуть менее 35%. Учёные оценили возможный срок эксплуатации одного элемента примерно в пять с половиной лет.
По словам Wen-Hua Zhang из Yunnan University, большинство предыдущих исследований подводных солнечных элементов проводилось на глубине не более двух метров. Новая работа расширяет диапазон испытаний до примерно 10 метров и показывает возможность практического использования технологии.
Предполагаемые области применения — подводные датчики, камеры, системы связи и другие стационарные устройства. Местные солнечные элементы могли бы поддерживать заряд оборудования, уменьшив необходимость в частом вмешательстве людей, замене батарей и обслуживании удалённых морских объектов. В перспективе речь также может идти об автономных подводных аппаратах и самодостаточных морских энергетических системах.
Главная нерешённая проблема — биообрастание. Под водой поверхность панелей могут покрывать водоросли, микроорганизмы и другие морские организмы. Они способны уменьшать количество света, достигающего фотоактивного слоя, и снижать выработку энергии. Для сохранения рабочих характеристик потребуется выяснить, насколько быстро образуются отложения и как часто элементы нужно очищать.
Таким образом, исследование подтверждает принципиальную работоспособность перовскитных солнечных элементов на глубине до 10 метров, но не доказывает их готовность к массовому внедрению. Технологию ещё предстоит проверить в длительной эксплуатации, при разных условиях освещения, составе воды и нагрузках. Если проблему биообрастания удастся решить, подводные солнечные панели смогут стать источником питания для автономных морских устройств и снизить зависимость от наземного обслуживания.
