За шторму чи дощу більшість сонячних батарей престають працювати. Без сонця – жодного струму. Цю проблему нещодавно розв'язала американсько-китайська команда науковців, розробивши гібридний прототип батареї, здатний виробляти електричний струм одночасно з сонячного проміння, вітру й дощу. Розробка може вводити в дію десятки світлодіодів, стверджують дослідники в журналі Advanced Energy Materials. Цей концепт «електростанції на будь-яку погоду» може в майбутньому зацікавити мандрівників і мешканців наметових містечок, адже створить можливість автономного забезпечення струмом і дасть змогу навіть за поганої погоди зарядити акумулятор.
Шарова структура універсальної електростанції: над фотоелементом кремнію (a) розміщений трибоелектричний генератор (b), що може добувати струм з крапель дощу та подувів вітру
«Наш гібридний модуль може виробляти струм одночасно з сонячного світла, краплин дощу та вітру», – розповідають Джонг Лін Ванг (Zhong Lin Wang) з Технологічного інституту Джорджії (Атланта) і його колеґи з Шанхайського Університету електрики (University of Electric Power).
Виготовляючи свій прототип, дослідники нанесли на квадратний шматок (завбільшки 10 см сторона) пластику сонячний елемент з кремнію. Його поверхня була вкрита багатьма мікрометрами маленьких пірамід, щоб вловлювати більше сонячного світла.
На сонячну батарею наклали багато прозорих шарів пластику, який може накопичувати енергію вітру й дощу. Йдеться про так званий трибоелектричний генератор, здатний виробляти необхідний статичний заряд.
Щоб отримати струм з крапель дощу, які падають, цей генератор використовує постійний заряд крапель води. З огляду на це, верхній шар батареї складається з водовідштовхувального, супергідрофобного пластику (політетрафторетилену). Якщо на нього падають краплі дощу (а вони часто позитивно заряджені), то швидко відкочуються вбік. Тоді завдяки трибоелектричному ефектові накопичується неґативний заряд на нижніх шарах легкопровідного оксиду індію-олова. Звідти він може заряджати конденсатор.
Під шарами «електростанції дощу» Ванг з колеґами розмістили наступні тоненькі шари політетрафторетилену й нейлону, розділені пластиковою перегородкою. Якщо верхні шари пластику прогинаються донизу через падіння крапель дощу чи подуви вітру, то торкаються нейлонової фольги, й знову виникає електричний заряд. Завдяки замкнутим електродам його можна використовувати.
Всі три методи – сонячна батарея, заряд від крапель і заряд від контакту – науковці досліджували на ефективність. За умов слабкого вітру (з силою 2) контактний метод виробляє майже 8 міліват на метр квадратний електрики. За легкого дощу з рівнем крапель близько 14 мм за секунду виробництво зростає до майже 90 міліват на метр квадратний. За сонячного світла нижні шари сонячної батареї досягають подібних показників.
За допомогою першої універсальної електростанції науковці можуть зарядити конденсатор і забезпечити струмом 50 світлових діодів. Незважаючи на поки що низький показник, цей модуль може зарядити акумулятор за будь-якої погоди, нехай і дуже повільно.
Jan Oliver Löfken
Wissenschaft aktuell, 05/08/2015
Зреферувала Соломія Кривенко
07.08.2015