100 вольт з однієї краплі: нова перовськітова комірка виробляє енергію з дощу та сонця

Вчені з Institute of Materials Science of Seville (ICMS, Іспанія) представили гібридний пристрій на основі перовськіту, здатний одночасно працювати під сонцем і під час дощу. Розробка усуває одну з ключових проблем традиційних сонячних панелей — зниження ефективності в похмуру та дощову погоду.

За даними дослідників, одна падаюча крапля може створити різницю потенціалів до 110 вольт — цього достатньо для живлення невеликого портативного пристрою.

Результати роботи опубліковано в науковому журналі Nano Energy.

Чому перовськіт — матеріал майбутнього

Сучасні сонячні електростанції дозволяють отримувати безвуглецеву енергію, однак існуючі кремнієві технології використовують лише частину доступного сонячного випромінювання.

Перовськітові матеріали вважаються перспективною альтернативою завдяки:

• вищій потенційній ефективності перетворення енергії;

• нижчій вартості виробництва;

• можливості створення тонкоплівкових рішень.

Основна проблема таких елементів — нестабільність і чутливість до вологи. Іспанські дослідники змогли одночасно захистити комірку та перетворити дощ на додаткове джерело енергії.

Як працює гібридна система

Інженери ICMS розробили надтонку захисну плівку товщиною менше 100 нанометрів (для порівняння: людська волосина — близько 80 000 нанометрів).

Цей шар виконує одразу дві функції:

1. Інкапсуляція — захищає хімічну структуру перовськітової комірки та підвищує світлопоглинання.

2. Трибоелектрична генерація — перетворює кінетичну енергію падаючих крапель дощу на електричну.

Фактично плівка працює як трибоелектричний наногенератор, інтегрований у сонячну панель.

Під час експериментів одна крапля дощу генерувала напругу до 110 В. Це не означає високу потужність у ватах, але підтверджує принципову можливість ефективного збору енергії опадів.

Вирішення проблеми нестабільної генерації

Звичайні сонячні панелі демонструють максимальну ефективність лише за яскравого сонця. У регіонах із частими опадами та високою хмарністю це суттєво обмежує їхній потенціал.

Нова технологія дозволяє:

• зберігати працездатність під час дощу;

• компенсувати коливання температури та вологості;

• забезпечувати стабільніше енергоживлення автономних пристроїв.

Фактично йдеться про гібридні «сонячно-дощові» панелі, здатні збирати енергію з кількох природних джерел одночасно.

Перспективи для IoT та інфраструктури

Розробка особливо актуальна для:

• датчиків моніторингу мостів і великих інженерних споруд;

• метеостанцій;

• систем точного землеробства;

• автономних IoT-пристроїв;

• світлодіодних ланцюгів малої потужності.

Для сегмента Internet of Things автономність живлення залишається ключовим викликом. Гібридні панелі можуть зменшити залежність від акумуляторів і технічного обслуговування.

Що це означає для енергетики

Використання плазмових технологій нанесення покриттів відкриває шлях до створення багатофункціональних захисних шарів для чутливих енергетичних пристроїв.

Якщо технологія підтвердить довговічність і масштабованість, вона може стати важливим етапом у розвитку розподіленої генерації та автономних енергосистем.

Поєднання сонячної та трибоелектричної генерації робить відновлювану енергетику менш залежною від погодних факторів — а отже, більш стійкою та ефективною.