Kdybych ti řekl, že můžeš vyrábět sluneční energii deštěmJak byste zůstali? Víme, že povětrnostní podmínky jako déšť a zatažené dny významně ovlivňují Fotovoltaické články, což snižuje jeho účinnost. Nedávné inovace však slibují, že tuto realitu změní, a nejpřekvapivější ze všeho je, že jsou založeny na použití grafen, materiál, který revolucionizuje několik odvětví, včetně solární energie.
V deštivých nebo zamračených dnech, kdy je sluneční záření nižší, fotovoltaické solární panely nedokážou vyrobit tolik energie jako za slunečného dne. To bylo vždy hlavní výzvou pro solární energii v mnoha regionech světa. Nicméně tým čínských vědců v čele s Qunwei Tang vyvíjí a revoluční solární článek Co by mohlo vyrábět elektřinu i za deště.
Grafen: překvapivý materiál
Grafen je materiál složený z atomy uhlíku uspořádané do šestiúhelníkové struktury, podobné grafitu. Co jej však odlišuje, je to, že má tloušťku pouze jednoho atomu, což z něj činí jeden z nejlehčích a nejpevnějších známých materiálů. Přesněji řečeno, je 200krát pevnější než ocel, jemnější než lidský vlas a má také vynikající elektrickou a tepelnou vodivost.
Jeho četné vlastnosti z něj udělaly materiál budoucnosti. Je nejen lehký a odolný, ale má také velkou kapacitu pro vést elektriku. Je schopen generovat elektřinu při dopadu slunečního záření a také při vystavení iontovým částicím nalezeným v dešťových kapkách. Díky tomu je a ideální materiál pro solární články které nejsou závislé výhradně na přímém slunečním záření.
Jak fungují grafenové solární články?
Princip fungování solární články s grafenem Je to opravdu geniální. Tyto panely mají vrstvu grafenu, která při kontaktu s ionty přítomné v dešťové vodě, jako je sodík, vápník a amonium, způsobuje chemickou reakci, která využívá potenciálový rozdíl. Tyto ionty interagují s volnými elektrony grafenu a tvoří tzv pseudokondenzátory. Když kapky deště dopadají na povrch panelu, vzniká díky rozdílnému náboji mezi grafenem a vodou malé množství elektřiny.
Tento proces je překvapivě účinný při konverzi potenciální energie dešťové vody v elektrické energii. Přestože je výkon ve srovnání s klasickými fotovoltaickými články stále relativně nízký, velkou výhodou je již fakt, že elektřinu lze vyrábět i za nepříznivých povětrnostních podmínek.
Kromě toho grafen nejen zlepšuje výrobu elektřiny během deště, ale také se ukázalo, že tuto schopnost má zvýšit účinnost solárních panelů při vystavení přímému slunečnímu záření. Je to proto, že může generovat další reakce, když fotony dosáhnou jeho povrchu, což z něj činí neuvěřitelně univerzální materiál.
Lewisova acidobazická reakce
Jev, ke kterému dochází, když déšť dopadne na solární panel pokrytý grafenem, není nic jiného než a Lewisova acidobazická reakce. Dešťové kapky obsahují nečistoty, jako jsou soli a ionty, které vytvářejí potenciální rozdíl oproti grafenu.
Vznikne dvojitá iontová vrstva: kladné ionty přítomné v dešťové vodě (jako je sodík, vápník a amonium) ulpívají na grafenové vrstvě. V důsledku toho se vytvoří druh mikromotoru, který převádí rozdíl výkonu mezi dešťovou vodou a grafenem na elektřinu. Tato výměna elektronů je to, co vyrábí elektřinu, a to i během lijáku.
Slibné výsledky a zbývající výzvy
Přestože technologie grafenové solární články již slibuje revoluci v energetickém sektoru, výzvy jsou stále přítomny. V současné době se výkon těchto buněk točí kolem 6.5%, poměrně nízká hodnota ve srovnání s konvenční solární panely křemíku, které mají účinnost 20 až 22 % ve slunečných dnech.
Co je však na této technologii skutečně inovativní, je to, že dokáže vyrábět elektřinu za deštivých nebo zatažených dnů, což je u běžných panelů nemožné. Vědci navíc pracují na zlepšení účinnosti grafenových článků a očekává se, že v budoucnu mohou být stejně účinné jako současné fotovoltaické články, ne-li více. Když k tomu dojde, solární energie se stane životaschopnou možností v oblastech světa s převážně vlhkým nebo deštivým podnebím.
Kromě schopnosti operovat v dešti, vývoj superkondenzátory na bázi grafenu Rovněž připravuje cestu pro efektivnější skladování energie. To by znamenalo, že energie generovaná během dešťů by mohla být uložena pro pozdější použití, což by dále zvýšilo životaschopnost této technologie.
Možné aplikace po celém světě
Rozvoj solární články s grafenem Je zvláště slibná pro regiony, které zažívají převážně deštivé klima, jako je jihovýchodní Asie, některé evropské země a severovýchod Spojených států. V těchto oblastech, kde jsou slunečné dny omezené, by tato technologie mohla nabídnout nákladově efektivní a ekologické řešení výroby energie.
Stejně tak dopad těchto panelů na životní prostředí je podstatně nižší, protože grafen je ekologický, hojný materiál s nízkými výrobními náklady. Jejich výroba vyžaduje méně energie než běžné křemíkové panely a z dlouhodobého hlediska by mohly snížit závislost na fosilních palivech.
S pokračujícím pokrokem v oblasti solární energie je možné, že v blízké budoucnosti uvidíme svět, kde se energie nevyrábí pouze za slunečných dnů, ale také za deště, takže deštivý den již nebude překážkou pro výrobu. čisté a udržitelné energie.