Saulės elektrinės geriausiai veikia giedromis dienomis, tačiau debesuotame ir lietingame klimate jų gamyba smarkiai krenta. Dėl šio nepastovumo elektros sistemai dažnai reikia baterijų arba kitų rezervinių pajėgumų, o tai didina kainą ir sudėtingumą.
Mokslininkai siūlo kitokį kelią: sukurta hibridinė saulės celė, kuri energiją renka ne tik iš šviesos, bet ir iš lietaus lašų mechaninio poveikio. Idėja paprasta, bet ambicinga: kai saulės mažai, prie gamybos prisideda krintančių lašų sukelta elektrinė įkrova.
Kaip veikia lašų energija?
Sprendimas remiasi triboelektriniu efektu, kai kontaktuojant ir atsiskiriant medžiagoms atsiranda elektrinis krūvis. Šiuo atveju krūvį sukuria lietaus lašo prisilietimas prie specialiai apdoroto paviršiaus ir jo atsiskyrimas, todėl sugeneruojama aukštos įtampos impulsinė energija.
Tyrėjai skelbia, kad vieno lašo smūgis į specialią dangą gali sukelti daugiau nei 110 voltų įtampos signalą. Praktikoje tai nėra tiesioginis namų ūkio maitinimas, o trumpas impulsas, tačiau jis gali būti naudingas mažos galios grandinėms, jutikliams ar energijos kaupimui per valdiklius.
Perovskitai ir apsauga nuo drėgmės
Hibridinėje schemoje jungiamos dvi kryptys: halogenidinių perovskitų saulės elementas ir triboelektrinis nanogeneratorius. Perovskitai pastaraisiais metais laikomi viena perspektyviausių alternatyvų silicui, nes laboratorijose demonstruoja aukštą efektyvumą ir gali būti gaminami plonesniais sluoksniais.
Didžiausia perovskitų problema yra jautrumas drėgmei ir degradacija, todėl jų ilgaamžiškumas iki šiol laikytas pagrindiniu barjeru komercijai. Aptariamas sprendimas numato itin plonos, apie 100 nanometrų, apsauginės plėvelės panaudojimą, kuri tuo pačiu tampa aktyviu triboelektriniu paviršiumi.
Publikacijoje akcentuojama, kad plėvelė yra atspari vandeniui ir stabili kintant temperatūrai bei drėgmei, o ją galima formuoti naudojant plazmines nusodinimo technologijas. Toks barjeras turėtų sumažinti perovskito irimo riziką ir priartinti ilgaamžiškumą prie rinkoje įprasto maždaug 20 metų saulės modulių eksploatacijos laikotarpio, nors realus patvarumas dar turės būti patvirtintas ilgalaikiais bandymais lauke.
Ką tai reikštų energetikai?
Didžiausia šios koncepcijos vertė yra ne pažadas „pakeisti saulę lietumi“, o siekis sumažinti atotrūkį tarp gamybos piko ir prasto oro periodų. Lietinguose regionuose ar vietose, kur svarbūs autonominiai įrenginiai, toks dvigubas energijos rinkimas galėtų padėti užtikrinti stabilesnį maitinimą be didelių baterijų.
Realistiškiausios ankstyvosios taikymo sritys būtų nuotoliniai jutikliai, daiktų interneto įrenginiai, infrastruktūros stebėsena ir mažos galios sistemos, kurioms svarbu, kad energija būtų renkama kuo įvairesnėmis sąlygomis. Iki plataus masto diegimo dar reikės įrodyti bendrą energijos išeigą, atsparumą realioms oro sąlygoms ir ekonominį pagrįstumą.
„Vandeniui atspari hibridinė perovskitinė saulės celė gali veikti kaip saulės energijos rinkiklis ir kaip triboelektrinis generatorius, naudojantis lašų poveikį“, – teigiama „Nano Energy“ publikuotame tyrime.
Jei tokie sprendimai pasiteisins už laboratorijos ribų, jie galėtų tapti dar vienu įrankiu energetikos sistemoms, kurios vis labiau priklauso nuo atsinaujinančių šaltinių. Kitaip tariant, prastas oras būtų ne tik kliūtis, bet ir papildomas energijos šaltinis.
Šaltiniai:
– https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285525010377
– https://www.nrel.gov/docs/fy24osti/88505.pdf
– https://www.iea.org/reports/solar-pv
