Μια νέα τεχνολογία που βασίζεται σε ένα πολύ λεπτό υλικό επιτρέπει στα ηλιακά πάνελ να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια τόσο από το ηλιακό φως όσο και από τις σταγόνες της βροχής.
Ερευνητές στο Ινστιτούτο Επιστήμης Υλικών της Σεβίλης (ICMS) που αποτελεί ένα κοινό κέντρο του Ισπανικού Εθνικού Συμβουλίου Έρευνας (CSIC) και του Πανεπιστημίου της Σεβίλλης (US) δημιούργησαν μια υβριδική συσκευή που μπορεί να παράγει ενέργεια ταυτόχρονα από το φως του Ήλιου και τη βροχόπτωση.
Στον πυρήνα του συστήματος βρίσκεται μια πατενταρισμένη λεπτή μεμβράνη που προστατεύει τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη και βελτιώνει την ανθεκτικότητά τους, ακόμη και σε δύσκολες καιρικές συνθήκες. Η ίδια μεμβράνη επιτρέπει επίσης σε νανογεννήτριες να παράγουν περισσότερα από 100 volt από την πρόσκρουση μιας και μόνο σταγόνας βροχής αρκετά για να τροφοδοτήσουν μικρές φορητές ηλεκτρονικές συσκευές.
Τα ηλιακά κύτταρα αλογονιδίων περοβσκίτη αποτελούνται από συνθετικά κρυσταλλικά υλικά που απορροφούν το ηλιακό φως πολύ αποτελεσματικά. Ενώ το πυρίτιο παραμένει το κυρίαρχο υλικό στην ηλιακή τεχνολογία οι περοβσκίτες θεωρούνται μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική επειδή συνδυάζουν υψηλή απόδοση με χαμηλότερο κόστος παραγωγής.
Προστασία με επικάλυψη πλάσματος με ταυτόχρονη συλλογή ενέργειας
Ένα από τα βασικά προβλήματα των κυττάρων περοβσκίτη είναι ότι τείνουν να υποβαθμίζονται υπό περιβαλλοντική καταπόνηση. Για να το αντιμετωπίσει αυτό η ομάδα του ICMS χρησιμοποίησε τεχνολογία πλάσματος για να εναποθέσει μια προστατευτική επίστρωση πάχους περίπου 100 νανομέτρων (περίπου 0,000004 ίντσες) πάνω στα κύτταρα.
Αυτή η επίστρωση έχει δύο βασικούς ρόλους. Λειτουργεί ως προστατευτικό στρώμα που θωρακίζει το υλικό χημικά, ενώ ταυτόχρονα ενισχύει την ικανότητά του να απορροφά φως. Παράλληλα έχει τριβοηλεκτρική επιφάνεια (που παράγει ηλεκτρικό φορτίο μέσω τριβής ή επαφής) η οποία μετατρέπει την ενέργεια των σταγόνων της βροχής σε αξιοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια.
Οι δοκιμές δείχνουν ότι το υλικό μπορεί να παράγει έως και 110 volt από την πρόσκρουση μιας μόνο σταγόνας βροχής, αρκετά για να λειτουργήσουν μικρές φορητές συσκευές. Η επίστρωση μπορεί να παραχθεί με κλιμακώσιμες και βιώσιμες μεθόδους. Παραμένει επίσης σταθερή σε ακραίες συνθήκες, συμπεριλαμβανομένης της πλήρους εμβάπτισης στο νερό. Επιπλέον μπορεί να τροφοδοτεί συνεχώς απλά ηλεκτρονικά κυκλώματα, όπως LED, και βοηθά τα ηλιακά πάνελ να αντέχουν στην υγρασία και στους θερμικούς κύκλους.
«Η εργασία μας προτείνει μια προηγμένη λύση που συνδυάζει την τεχνολογία φωτοβολταϊκών κυττάρων περοβσκίτη με νανογεννήτριες τριβοηλεκτρικού τύπου σε μορφή λεπτής μεμβράνης, αποδεικνύοντας έτσι τη δυνατότητα υλοποίησης και των δύο συστημάτων συλλογής ενέργειας» εξηγεί η Κάρμεν Λόπεζ ερευνήτρια στο ICMS.
Μια λύση για συνεχή παραγωγή ενέργειας
Οι παραδοσιακές μπαταρίες έχουν περιορισμούς και τα ηλιακά πάνελ χάνουν απόδοση όταν υπάρχει συννεφιά. Αυτή η νέα προσέγγιση εκμεταλλεύεται τόσο τον ήλιο όσο και τη βροχή για να παρέχει πιο σταθερή ενεργειακή τροφοδοσία. Στόχος είναι να μπορούν φορητές και ασύρματες συσκευές να λειτουργούν συνεχώς σε μεταβαλλόμενες καιρικές συνθήκες.
Οι ερευνητές αναφέρουν ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να ωφελήσει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) όπως αισθητήρες περιβάλλοντος που παρακολουθούν υγρασία, βροχόπτωση και ρύπανση, καθώς και αισθητήρες για γέφυρες και κτίρια, μετεωρολογικούς σταθμούς και συστήματα γεωργίας ακριβείας.
«Η εφαρμογή της σε λεγόμενες έξυπνες πόλεις είναι εφικτή, όπως σε σήμανση, αυτόνομο βοηθητικό φωτισμό ή συστήματα παρακολούθησης, καθώς μπορεί να αντέξει αντίξοες καιρικές συνθήκες, όπως βροχή, υγρασία και θερμικούς κύκλους. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε κατανεμημένες ενεργειακές υποδομές σε απομακρυσμένες, δυσπρόσιτες ή απομονωμένες περιοχές, όπως θαλάσσιοι σταθμοί», αναφέρει ο ερευνητής του ICMS Φερνάντο Νούνιεζ.
Αυτή η έρευνα εισάγει μια νέα στρατηγική για την κατασκευή ανθεκτικών, αυτοτροφοδοτούμενων ηλεκτρονικών συστημάτων σχεδιασμένων για εξωτερικά περιβάλλοντα.
«Η έρευνά μας αναδεικνύει τη δυνατότητα των επικαλύψεων που εναποτίθενται με τεχνικές πλάσματος ως μια πολυλειτουργική λύση που προστατεύει ευαίσθητες ενεργειακές συσκευές και αναπτύσσει συστήματα ικανά να συλλέγουν ενέργεια από διαφορετικές περιβαλλοντικές πηγές, όπως υβριδικά ηλιακά-βροχογεννήτρια πάνελ, γνωστά ως “rain panels”», καταλήγουν οι ερευνητές.
