ソーラーパネルの設置は、再生可能エネルギーを利用する最も効果的な方法の XNUMX つとして広く認識されており、住宅地でもますます一般的になりつつあります。 しかし、科学者たちは最近、 雨水 電気エネルギーを捕捉、貯蔵、使用する手段として。
この記事では、雨水を回収して電力として蓄える市場について説明します。
雨水を電気エネルギーとして利用
このエネルギーの源は、受容面への雨滴の衝撃から生じます。 このエネルギーを利用することで、雨滴の運動エネルギーを電力に変換して日常使用できる屋根を作ることが可能になります。 この革新的な技術は、 それは、私たちが環境からエネルギーを利用する方法に革命を起こす可能性を秘めています。
北京の清華大学の研究者チームは、プロセスに摩擦電気ナノ発電機 (TENG) を導入することで構成される解決策を発見しました。 このTENGは、雨の一滴一滴から生成される微量の電気エネルギーを取得して蓄積する役割を担っています。
近年、この特定のコンセプトは多くの技術的ハードルに直面しています。 ただし、この分野の最新の進歩は、この技術の応用における大幅な進歩を表しています。 研究者たちは、エネルギー効率を向上させる革新的なアプローチを特定することに成功しました。
ソーラーパネルに関しては、太陽電池セルは電気回路を通じて互いに接続されています。 これは、太陽光線から利用される電気エネルギーの量を最大化するために行われます。。 しかし、「結合容量」として知られる現象により、細胞を結合して雨滴のエネルギーを利用することは不可能であると考えられていました。
デバイスの仕組み
この現象では、上部電極と下部電極の間のエネルギー損失が繰り返し問題になります。 それにもかかわらず、研究者はパネルのデザインとレイアウトを変更することでこの問題の解決策を見つけました。 結果として、 彼らはエネルギー損失の量を大幅に削減することができ、このエネルギーハーベスティング方法をより実用的なものにしました。
清華大学の教授であり、この方法の主な著者の一人である Zong Li 氏は、D-TENG の超高瞬間出力を認めています。 しかし、単一の D-TENG を使用してメガワット単位の電気機器に継続的に電力を供給することは依然として課題です。 したがって、 複数の D-TENG を同時に使用できることが重要です。
Zong Li は、雨滴からエネルギーを収集する方法を提案しました。 彼は、負荷に電力を供給するために複数のユニットを並列に接続するソーラー パネルの設計にインスピレーションを受けました。 提案された方法は単純ですが効率的です。
リー氏と彼のチームは、結合容量を下げる独自のアプローチを開発し、これを「ブリッジ アレイ ジェネレーター」と名付けました。 このコンセプトには、静電容量を低減しながら単一セルの動作を可能にする下部アレイ電極の実装が含まれます。
雨水を電気に変換する
液滴がパネルに接触すると、衝突して表面に電荷が移動します。 これが結果です 液滴には正の電荷が、パネルには負の電荷が生じるため、電位差が生じます。 ただし、発生する電荷は微量であり、最終的には消失します。 この電力損失に対処するために、「ブリッジ アレイ ジェネレーター」を使用して一定の充電を維持し、問題を解決します。
研究者らは、さまざまなアレイ、電極、パネル サイズに対して複数のテストを実行しました。 これらの実験を通じて、彼らは表面の厚さが結合静電容量において重要な役割を果たすことを発見しました。 表面の厚みが増すと、 高い帯電表面密度を維持しながら、結合容量が減少しました。 結果として、この厚さの改善により、金型の性能が向上しました。
このアプローチを通じて、 これまでの最大電力は200平方メートルあたり約XNUMXWに達しました。 これは、前年と比較してほぼXNUMX倍という顕著な増加を示しています。 これらの発見は、今後数年のうちに、周囲の自然界からエネルギーを抽出するもう一つの革新的な方法である、雨滴のエネルギーを利用できるパネルにアクセスできるようになる可能性があることを示唆しています。
雨水で発電するその他の方法
水の圧電性は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換できる特定の材料の特性です。 この場合、 機械的エネルギーは、圧電ポリマー上に落ちる水滴によって生成されます。 このシステムはフランス、特に CEA/Leti-MINATEC から提供されており、科学者チームは雨の影響によってエネルギーを生成できることを発見しました。
しかし、明らかに、これはすべてのマテリアルに適用できるわけではありません。 このプロジェクトでは、PVDF フォイルが使用されており、これが最も効果的であると確信しています。 上記のすべてのシステムのうち、 これは最も発電量が少ないものですが、それを改善するための研究がすでに進行中です。
研究者らは当初、フランスの雨の多い地域では1立方メートルあたり最大XNUMXワット時の電力が得られると計算した。 これらの数字が真実であれば、生成されるエネルギーは小型の低消費電力デバイスにのみ電力を供給できることになります。
自作水力マイクロタービン
海の反対側、私たちはメキシコ工科大学に到着しました。そこでは何人かの学生が「Rain」と呼ばれるシステムを作成しました。 これは非常に効率的です なぜなら、家に飲料水を供給しながら発電できるからです。
このプロジェクトは水力発電所で使用される技術に基づいていますが、家庭部門、より具体的には低所得世帯に適応されています。 「雨水」システムは、屋根から雨水をパイプで集め、濾過・浄化・処理するシステムです。 浄化された後、マイクロタービンに到達し、落下の力で発電することができます。
これらはすべて、個別の 12 ボルト バッテリーに保存されます。 このとき、彼は LED 照明や小型家電のスイッチを入れに来ます。 究極のアイデアは、家庭に電力を供給するために生産される電力の効率と量を増やすことです。
必要な電力を得る最初のタービンから、水は別の活性炭フィルターを通過し、すべての不純物、臭い、風味が除去されます。 このようにして水は浄化され、家庭で飲むことができます。
この情報により、雨水を電気エネルギーに変換するさまざまな方法についてさらに学ぶことができれば幸いです。