Підпишіться на нас в Google
Китайські вчені випробували спеціально розроблені сонячні панелі на глибині близько 10 метрів у Південно-Китайському морі. Експеримент показав, що технологія може стати потенційним новим джерелом енергії для підводних роботів, пише Indian Defence Review.
Зазвичай сонячна енергетика потребує достатньої кількості сонячного світла, тому морське дно здається малопридатним місцем для встановлення сонячних панелей. Однак китайські дослідники вирішили перевірити, чи можна ефективно використовувати світло, яке досягає підводного простору.
Під час експерименту біля острова Вейчжоу спеціально розроблені сонячні модулі занурили приблизно на 10 метрів під воду. Попри значно меншу кількість світла на цій глибині, система змогла виробляти достатньо електроенергії для заряджання літій-іонних акумуляторів.
Секрет технології полягає не в тому, щоб отримати більше сонячного світла, а в ефективнішому використанні того, яке все ж проходить крізь воду.
Як сонячне світло змінюється під водою
Після потрапляння в океан сонячне світло швидко змінюється. Вода особливо добре поглинає червоне та інфрачервоне випромінювання, тоді як синє і зелене проникають значно глибше.
Тому на глибині приблизно 5–10 метрів сонячна панель отримує зовсім інший спектр світла, ніж на поверхні. Китайські дослідники розробили перовскітний сонячний елемент, спеціально адаптований до синьо-зелених довжин хвиль, які зберігаються під водою.
Ширина забороненої зони перовскітного матеріалу становила приблизно 1,96 електрон-вольта. Також дослідники додали полімер PHMG, який допоміг покращити кристалічну структуру перовскіту та зменшити кількість дефектів, що можуть погіршувати електричні характеристики.
У лабораторних умовах, що відтворювали освітлення на глибині 10 метрів, невеликі сонячні елементи досягли ефективності перетворення 34,71%, а більші модулі – 29,4%. Для порівняння, за стандартного сонячного освітлення ефективність елементів становила 17,08%.
Водночас це не означає, що під водою панелі виробляють більше електроенергії, ніж під прямим сонячним світлом. На глибині 10 метрів сонячної енергії загалом надходить значно менше. Високий показник свідчить про здатність розроблених елементів ефективно використовувати вузький діапазон синьо-зеленого світла.
Панелі випробували у морі
Дослідники перевірили технологію не лише в лабораторії. Вони встановили сонячні модулі на невеликому підводному роботі та опустили його приблизно на 10 метрів у Південно-Китайському морі біля острова Вейчжоу. Система залишалася під водою протягом 2 годин.
За цей час модулі передали 324 міліват-години енергії літій-іонним акумуляторам. Після підняття системи накопиченої електроенергії вистачило для живлення світлодіодної панелі.
За словами старшого автора дослідження Вень-Хуа Чжана з Юньнаньського університету, технологія потенційно може допомогти вирішити одну з проблем підводної електроніки – обмежений час роботи акумуляторів.
Випробування у реальному морському середовищі важливе ще й тому, що там значно складніше контролювати умови, ніж у лабораторії. На роботу панелей можуть впливати рух води, морські організми, плаваючі частинки та прозорість води.
Зокрема, морські організми можуть поступово вкривати поверхню панелі, блокуючи світло, а солона вода створює ризик корозії. Крім того, панель на однаковій глибині отримуватиме різну кількість світла залежно від прозорості води.
Тому універсальної максимальної глибини для підводних сонячних панелей, імовірно, не буде. Їхня ефективність залежатиме від освітлення, місця встановлення, якості води, матеріалів і здатності обладнання витримувати морське середовище.
Що це дасть підводним роботам
Якщо ці проблеми вдасться вирішити, технологія може допомогти продовжити роботу підводних роботів, датчиків та іншого обладнання. Їм потрібна електроенергія, а акумулятори з часом розряджаються, через що пристроям доводиться повертатися на поверхню або до зарядної інфраструктури.
Сонячна система, здатна поступово поповнювати заряд акумуляторів безпосередньо під водою, потенційно дасть змогу деяким пристроям залишатися там довше.
Китайські дослідники планують продовжити випробування: вони хочуть використовувати більші модулі, залишати їх під водою на триваліший час, перевіряти роботу на більшій глибині та інтегрувати технологію з автономними підводними апаратами.
Більше цікавого про роботу сонячних панелей
Раніше УНІАН писав про те, чому пустелі не вкривають сонячними панелями. Як зазначалося, на це є кілька причин.
Хоча сонячні електростанції справді будують у пустельних і напівпустельних регіонах, їхня загальна площа залишається дуже малою порівняно з територією пустель у світі. Повністю вкривати сонячними панелями якусь із пустель також ніхто не планує. Масштабне будівництво таких електростанцій стикається одразу з технічними, економічними та екологічними проблемами, які значно ускладнюють реалізацію подібних проєктів.
