Gdybym ci powiedział, że możesz wytwarzają energię słoneczną z deszczemJak byś został? Wiemy, że warunki pogodowe takie jak deszcz i pochmurne dni znacząco wpływają na Ogniwa fotowoltaiczne, zmniejszając jego skuteczność. Jednak najnowsze innowacje obiecują zmienić tę rzeczywistość, a najbardziej zaskakujące jest to, że opierają się one na wykorzystaniu grafen, materiału, który rewolucjonizuje wiele sektorów, w tym energię słoneczną.
W deszczowe lub pochmurne dni, kiedy promieniowanie słoneczne jest mniejsze, panele fotowoltaiczne nie są w stanie wygenerować tyle energii, ile w słoneczny dzień. To zawsze było główne wyzwanie dla energii słonecznej w wielu regionach świata. Jednak zespół chińskich naukowców pod przewodnictwem Qunwei Tang rozwija rewolucyjne ogniwo słoneczne co mogło wytwarzać energię elektryczną nawet podczas deszczu.
Grafen: zaskakujący materiał
Grafen to materiał składający się z atomy węgla zorganizowane w sześciokątną strukturę, podobną do grafitu. Jednak to, co go wyróżnia, to fakt, że ma tylko jeden atom grubości, co czyni go jednym z najlżejszych i najmocniejszych znanych materiałów. Mówiąc dokładniej, tak 200 razy mocniejszy od stali, delikatniejszy niż ludzki włos, a także ma doskonałą przewodność elektryczną i cieplną.
Jego liczne właściwości uczyniły go materiałem przyszłości. Jest nie tylko lekki i trwały, ale ma także dużą pojemność przewodzić prąd. Jest w stanie wytwarzać energię elektryczną pod wpływem światła słonecznego, a także pod wpływem cząstek jonowych znajdujących się w kroplach deszczu. To sprawia, że doskonały materiał na ogniwa słoneczne które nie zależą wyłącznie od bezpośredniego promieniowania słonecznego.
Jak działają grafenowe ogniwa słoneczne?
Zasada działania ww ogniwa słoneczne z grafenem To naprawdę pomysłowe. Panele te posiadają warstwę grafenu, która w kontakcie z jony obecne w wodzie deszczowej, takie jak sód, wapń i amon, powodują reakcję chemiczną wykorzystującą różnicę potencjałów. Jony te oddziałują z wolnymi elektronami grafenu, tworząc tzw pseudokondensatory. Kiedy krople deszczu spadają na powierzchnię panelu, wytwarzana jest niewielka ilość prądu dzięki różnym ładunkom grafenu i wody.
Proces ten jest zaskakująco skuteczny w konwertowaniu plików energia potencjalna wody deszczowej w energii elektrycznej. Chociaż wydajność jest nadal stosunkowo niska w porównaniu do konwencjonalnych ogniw fotowoltaicznych, to fakt, że energia elektryczna może być wytwarzana w niesprzyjających warunkach pogodowych, jest już wielką zaletą.
Co więcej, grafen nie tylko poprawia wytwarzanie energii elektrycznej podczas deszczu, ale także wykazano, że ma taką możliwość zwiększyć wydajność paneli słonecznych w przypadku wystawienia na bezpośrednie działanie promieni słonecznych. Dzieje się tak dlatego, że może generować dodatkowe reakcje, gdy fotony docierają do jego powierzchni, co czyni go niezwykle wszechstronnym materiałem.
Reakcja kwasowo-zasadowa Lewisa
Zjawisko, które pojawia się, gdy deszcz uderza w panel słoneczny pokryty grafenem, to nic innego jak: Reakcja kwasowo-zasadowa Lewisa. Krople deszczu zawierają zanieczyszczenia, takie jak sole i jony, które powodują różnicę potencjałów w porównaniu z grafenem.
Powstaje podwójna warstwa jonowa: jony dodatnie obecne w wodzie deszczowej (takie jak sód, wapń i amon) przylegają do warstwy grafenu. W rezultacie powstaje rodzaj mikrosilnika, który przekształca różnica mocy pomiędzy wodą deszczową a grafenem w energię elektryczną. Ta wymiana elektronów wytwarza energię elektryczną, nawet podczas ulewy.
Obiecujące wyniki i pozostające wyzwania
Choć technologia grafenowe ogniwa słoneczne już obiecuje zrewolucjonizować sektor energetyczny, wyzwania są nadal obecne. Obecnie wydajność tych ogniw kręci się wokół 6.5%, dość niska wartość w porównaniu do konwencjonalne panele słoneczne krzemu, które mają wydajność 20 do 22% w słoneczne dni.
Jednak prawdziwie innowacyjną cechą tej technologii jest to, że może ona generować energię elektryczną w deszczowe lub pochmurne dni, co jest niemożliwe w przypadku konwencjonalnych paneli. Dodatkowo naukowcy pracują nad poprawą wydajności ogniw grafenowych i oczekuje się, że w przyszłości mogą one być równie wydajne, jeśli nie bardziej, niż obecne ogniwa fotowoltaiczne. Kiedy to nastąpi, energia słoneczna stanie się realną opcją w regionach świata o przeważnie wilgotnym lub deszczowym klimacie.
Oprócz możliwości pracy w deszczu, rozwój superkondensatory na bazie grafenu Toruje także drogę do bardziej wydajnego magazynowania energii. Oznaczałoby to, że energię wytworzoną podczas opadów można by magazynować do późniejszego wykorzystania, co jeszcze bardziej zwiększyłoby opłacalność tej technologii.
Możliwe zastosowania na całym świecie
Rozwój ogniwa słoneczne z grafenem Jest to szczególnie obiecujące dla regionów, w których panuje klimat głównie deszczowy, takich jak Azja Południowo-Wschodnia, niektóre kraje europejskie i północno-wschodnie Stany Zjednoczone. Na obszarach, gdzie dni słoneczne są ograniczone, technologia ta może stanowić opłacalne i przyjazne dla środowiska rozwiązanie w zakresie wytwarzania energii.
Podobnie wpływ tych paneli na środowisko jest znacznie mniejszy, ponieważ grafen jest ekologicznym, powszechnie występującym materiałem o niskich kosztach produkcji. Ich produkcja wymaga mniej energii niż konwencjonalne panele krzemowe, a w dłuższej perspektywie mogłyby zmniejszyć zależność od paliw kopalnych.
Dzięki ciągłemu postępowi w dziedzinie energii słonecznej możliwe jest, że w niedalekiej przyszłości będziemy świadkami świata, w którym energia będzie wytwarzana nie tylko w słoneczne dni, ale także podczas deszczu, dzięki czemu deszczowy dzień nie będzie już przeszkodą w produkcji czystej i zrównoważonej energii.