Naukowcy z Imperial College London opracowali nową strukturę przypominającą liść, która może gromadzić i wytwarzać fotowoltaiczną energię słoneczną oraz wytwarzać świeżą wodę, naśladując proces zachodzący w prawdziwych roślinach.
Innowacja, nazwana „arkuszem fotowoltaicznym”, „wykorzystuje tanie materiały, które mogą zainspirować nową generację technologii energii odnawialnej”.
Badania wykazały, że liście fotowoltaiczne „mogą wygenerować o ponad 10 procent więcej energii elektrycznej niż konwencjonalne panele słoneczne, które tracą aż do 70 procent energii słonecznej do środowiska”.
Przy skutecznym zastosowaniu wynalazek mógłby również wyprodukować ponad 40 miliardów metrów sześciennych świeżej wody rocznie do 2050 roku.
„Ten innowacyjny projekt ma ogromny potencjał, jeśli chodzi o znaczną poprawę wydajności paneli słonecznych, zapewniając jednocześnie opłacalność i praktyczność” – powiedział dr Qian Huang, emerytowany badacz na Wydziale Inżynierii Chemicznej i autor nowego badania.
Sztuczne liście zaprojektowano tak, aby wyeliminować potrzebę stosowania pomp, wentylatorów, skrzynek kontrolnych i drogich materiałów porowatych.Zapewnia również energię cieplną, dostosowuje się do różnych warunków słonecznych i toleruje temperatury otoczenia.
„Wdrożenie tego innowacyjnego projektu arkuszy może pomóc przyspieszyć globalną transformację energetyczną, jednocześnie stawiając czoła dwóm palącym globalnym wyzwaniom: rosnącemu zapotrzebowaniu na energię i słodką wodę” – powiedział Christos Kristal, kierownik Laboratorium Procesów Czystej Energii i autor badania.– powiedział Markides.
Liście fotowoltaiczne powstają na bazie prawdziwych liści i naśladują proces transpiracji, umożliwiając roślinie transport wody z korzeni na końcówki liści.
W ten sposób woda może przemieszczać się, rozprowadzać i odparowywać przez liście fotowoltaiczne, podczas gdy naturalne włókna naśladują wiązki żyłek liści, a hydrożel naśladuje komórki gąbki, aby skutecznie usuwać ciepło z ogniw fotowoltaicznych.
W październiku 2019 r. zespół naukowców z Uniwersytetu w Cambridge opracował „sztuczny liść”, który może wytwarzać czysty gaz zwany gazem syntezowym, wykorzystując wyłącznie światło słoneczne, dwutlenek węgla i wodę.
Następnie w sierpniu 2020 r. badacze z tej samej instytucji, zainspirowani fotosyntezą, opracowali pływające „sztuczne liście”, które mogą wykorzystywać światło słoneczne i wodę do produkcji czystego paliwa.Według ówczesnych doniesień te autonomiczne urządzenia byłyby wystarczająco lekkie, aby unosić się na wodzie i stanowić zrównoważoną alternatywę dla paliw kopalnych bez zajmowania terenu jak tradycyjne panele słoneczne.
Czy liście mogą być podstawą do odejścia od zanieczyszczających paliw na rzecz czystszych i bardziej ekologicznych opcji?
Większość energii słonecznej (>70%) docierającej do komercyjnego panelu fotowoltaicznego jest rozpraszana w postaci ciepła, co powoduje wzrost jego temperatury roboczej i znaczne pogorszenie parametrów elektrycznych.Efektywność energii słonecznej komercyjnych paneli fotowoltaicznych wynosi zazwyczaj mniej niż 25%.Tutaj demonstrujemy koncepcję hybrydowego ostrza fotowoltaicznego poligeneracyjnego z biomimetyczną strukturą transpiracyjną wykonaną z przyjaznych dla środowiska, niedrogich i powszechnie dostępnych materiałów do skutecznej pasywnej kontroli temperatury i poligeneracji.Eksperymentalnie wykazaliśmy, że transpiracja biomimetyczna może usunąć około 590 W/m2 ciepła z ogniw fotowoltaicznych, obniżyć temperaturę ogniw o około 26°C przy oświetleniu 1000 W/m2 i skutkować względnym wzrostem efektywności energetycznej o 13,6%.Ponadto łopatki fotowoltaiczne mogą synergicznie wykorzystywać odzyskane ciepło do jednoczesnego generowania dodatkowego ciepła i świeżej wody w jednym module, znacznie zwiększając ogólną efektywność wykorzystania energii słonecznej z 13,2% do ponad 74,5% i generując ponad 1,1 l/h ./ m2 czystej wody.
Czas publikacji: 29 sierpnia 2023 r