Déšť i slunce vyrábí elektřinu: revoluční článek pro energetickou soběstačnost

Výzkumníci z Institutu materiálových věd v Seville (ICMS) ve Španělsku představili hybridní zařízení na bázi perovskitu, které dokáže současně vyrábět elektřinu ze slunečního světla i z padajících dešťových kapek. Tato inovace řeší zásadní problém solárních článků, jejichž výkon klesá za oblačného počasí a deště.

Očekává se, že tato technologie podpoří rozvoj internetu věcí (IoT) a venkovních senzorů, které se používají pro monitorování stavebních konstrukcí a environmentálních podmínek. Pokroky v technologii solárních článků umožnily vznik obřích solárních elektráren, ale stále využíváme jen zlomek dostupné sluneční energie.

Vědci proto pracují s perovskitovými materiály, které slibují vyšší účinnost přeměny energie než konvenční solární články. Jejich vyšší účinnost a nízké náklady činí z perovskitů preferovanou volbu, avšak tyto články trpí problémy s dlouhodobou spolehlivostí.

Inovace z ICMS, která využívá perovskitový solární článek na slunci i v dešti, tuto nevýhodu odstraňuje. Vědci vytvořili tenký film, který nejen chrání perovskitový článek, ale také mu umožňuje generovat elektřinu z padajících kapek. K vytvoření tohoto filmu o tloušťce pouhých 100 nanometrů (pro srovnání, průměrný lidský vlas je silný 80 000 nanometrů) byla využita plazmová technologie.

Tento extrémně tenký film má dvojí funkci. Zaprvé funguje jako zapouzdření, které chrání chemii perovskitového článku a zároveň zvyšuje jeho absorpci světla. Zadruhé, vrstva funguje jako triboelektrický povrch, který dokáže přeměňovat kinetickou energii na elektrickou energii.

Během experimentů provedených v zařízení ICMS vědci zjistili, že jediná dešťová kapka dokáže vygenerovat potenciální rozdíl 110 V, což je dostatečné pro napájení malého přenosného zařízení.

„Naše práce navrhuje pokročilé řešení, které kombinuje fotovoltaickou technologii perovskitových solárních článků s triboelektrickými nanogenerátory v konfiguraci tenkého filmu, čímž demonstruje proveditelnost implementace obou systémů pro sběr energie,“ uvedla Carmen Lopez, výzkumnice z ICMS, která se na práci podílela.

Konvenční solární články fungují skvěle, když svítí slunce. Ale během zamračených dnů jejich výkon a výstup klesají. V částech světa s častými a dlouhotrvajícími dešti to může být významná překážka pro jejich rozšíření. Vyvinutím zařízení, které funguje v dešti i na slunci, pomohli vědci z ICMS překonat problémy s energetickou autonomií v široké škále aplikací.

Vědci navrhují, že jejich inovace by mohla pomoci napájet širokou škálu zařízení, jako jsou LED obvody, i když jsou ponořeny ve vodě, a pomoci perovskitovým solárním panelům lépe zvládat výkyvy teploty a vlhkosti.

„Náš výzkum zdůrazňuje potenciál povlaků nanášených plazmovými technikami jako multifunkčního řešení, které chrání citlivá energetická zařízení a vyvíjí systémy schopné sbírat energii z různých environmentálních zdrojů, jako jsou hybridní solárně-dešťové panely, známé také jako dešťové panely,“ napsali vědci v publikaci.

Výzkum by také mohl pomoci napájet venkovní senzory používané na velkých konstrukcích, jako jsou mosty, a environmentální senzory používané pro předpověď počasí nebo pro precizní zemědělství. Z tohoto výzkumu bude mít prospěch i průmysl internetu věcí (IoT).

Výsledky výzkumu byly publikovány v časopise Nano Energy.