Instalacja paneli słonecznych jest powszechnie uznawana za jedną z najskuteczniejszych metod wykorzystania energii odnawialnej i staje się coraz bardziej powszechna na obszarach mieszkalnych. Jednak naukowcy odkryli niedawno nowatorską technikę wykorzystania woda deszczowa jako sposób na wychwytywanie, magazynowanie i wykorzystywanie energii elektrycznej.
W tym artykule opowiemy Państwu o rynku wychwytywania i magazynowania wody deszczowej w postaci energii elektrycznej.
Woda deszczowa jako energia elektryczna
Źródłem tej energii jest uderzenie kropel deszczu o powierzchnię chłonną. Wykorzystując tę energię, możliwe jest tworzenie dachów, które mogą przekształcać energię kinetyczną kropel deszczu w energię elektryczną do codziennego użytku. Ta innowacyjna technologia może zrewolucjonizować sposób, w jaki wykorzystujemy energię z naszego środowiska.
Zespół naukowców z Uniwersytetu Tsinghua w Pekinie odkrył rozwiązanie polegające na wdrożeniu do procesu nanogeneratora tryboelektrycznego (TENG). Ten TENG jest odpowiedzialny za pozyskiwanie i gromadzenie niewielkich ilości energii elektrycznej wytwarzanej z każdej kropli deszczu.
W ostatnich latach ta konkretna koncepcja napotkała liczne przeszkody techniczne. Jednak najnowszy postęp w tej dziedzinie stanowi znaczny postęp w stosowaniu tej techniki. Naukowcom udało się zidentyfikować innowacyjne podejście do poprawy efektywności energetycznej.
Jeśli chodzi o panele słoneczne, ogniwa fotowoltaiczne są połączone ze sobą za pomocą obwodu elektrycznego. Odbywa się to w celu maksymalizacji ilości energii elektrycznej, która jest wykorzystywana z promieni słonecznych.. Uważano jednak, że niemożliwe jest łączenie komórek w celu wykorzystania energii kropel deszczu ze względu na zjawisko znane jako „pojemność sprzęgająca”.
Jak działa urządzenie
Utrata energii pomiędzy elektrodą górną i dolną jest powracającym problemem w tym zjawisku. Mimo to badacze znaleźli rozwiązanie tego problemu, zmieniając projekt i układ panelu. W rezultacie, byli w stanie znacznie zmniejszyć ilość traconej energii, czyniąc tę metodę pozyskiwania energii bardziej praktyczną.
Zong Li, profesor na Uniwersytecie Tsinghua i jeden z głównych autorów metody, potwierdza ultrawysoką chwilową moc wyjściową D-TENG. Jednak wykorzystanie pojedynczego D-TENG do ciągłego zasilania urządzeń elektrycznych rzędu megawatów pozostaje wyzwaniem. Dlatego, kluczowe znaczenie ma osiągnięcie jednoczesnego wykorzystania wielu D-TENG.
Zong Li zaproponował metodę gromadzenia energii z kropel deszczu. Zainspirował go projekt paneli słonecznych, które łączą wiele jednostek równolegle w celu zasilania obciążenia. Proponowana metoda jest prosta, ale skuteczna.
Li i jego zespół opracowali unikalne podejście do obniżania pojemności sprzęgającej, które nazwali „generatorami mostkowymi”. Koncepcja obejmuje zastosowanie niższego układu elektrod, aby umożliwić działanie pojedynczego ogniwa przy jednoczesnym zmniejszeniu pojemności.
Zamień wodę deszczową na energię elektryczną
Kiedy kropelki stykają się z panelem, zderzają się i przenoszą ładunek na powierzchnię. To jest wynik ładunek dodatni dla upuszczenia i ładunek ujemny dla panelu, tworząc w ten sposób różnicę potencjałów. Jednak generowany ładunek jest niewielki i ostatecznie rozprasza się. Aby zwalczyć tę utratę mocy, stosuje się „generatory układów mostkowych”, które utrzymują stały ładunek i rozwiązują problem.
Naukowcy przeprowadzili wiele testów na różnych matrycach, elektrodach i rozmiarach paneli. Dzięki tym eksperymentom odkryli, że grubość powierzchni odgrywa kluczową rolę w pojemności sprzęgającej. Wraz ze wzrostem grubości powierzchni, pojemność sprzęgająca spadła przy zachowaniu dużej gęstości powierzchniowej ładunku. W rezultacie ta poprawa grubości doprowadziła do poprawy wydajności matrycy.
Dzięki takiemu podejściu najwyższa jak dotąd moc osiągnęła około 200W na metr kwadratowy, co stanowi niezwykły, prawie pięciokrotny wzrost w porównaniu z poprzednimi latami. Odkrycia te sugerują, że w nadchodzących latach możemy mieć dostęp do paneli zdolnych do wykorzystania energii kropel deszczu, innej innowacyjnej metody pozyskiwania energii z otaczającego nas świata przyrody.
Inne metody wytwarzania energii elektrycznej z wody deszczowej
Piezoelektryczność wody to właściwość niektórych materiałów, która pozwala im przekształcać energię mechaniczną w energię elektryczną. W tym przypadku, energia mechaniczna jest generowana przez krople wody spadające na polimer piezoelektryczny. System pochodzi z Francji, a konkretnie z CEA/Leti-MINATEC, gdzie zespół naukowców odkrył, że możliwe jest wytwarzanie energii poprzez oddziaływanie deszczu.
Ale oczywiście nie działa to w przypadku wszystkich materiałów. Do tego projektu użyli folii PVDF, która z pewnością sprawdzi się najlepiej. Spośród wszystkich powyższych systemów To ten, który generuje najmniej prądu, ale już trwają badania nad jego ulepszeniem.
Początkowo naukowcy obliczyli, że w regionie Francji, w którym często pada deszcz, można uzyskać maksymalnie 1 watogodzinę energii elektrycznej na metr sześcienny. Jeśli te liczby się potwierdzą, wytworzona energia będzie w stanie zasilić jedynie małe urządzenia o niskim zużyciu energii.
Domowa mikroturbina hydrauliczna
Po drugiej stronie oceanu dotarliśmy na Uniwersytet Technologiczny w Meksyku, gdzie niektórzy studenci stworzyli system nazwany „Deszcz”. To jest bardzo wydajne ponieważ może wytwarzać energię elektryczną, jednocześnie dostarczając wodę pitną do domu.
Projekt oparty jest na technologii stosowanej w elektrowniach wodnych, ale dostosowany do sektora domowego, a dokładniej do gospodarstw domowych o niskich dochodach. System „deszczówki” polega na zbieraniu wody deszczowej z dachu za pomocą rury, filtrowaniu, oczyszczaniu i uzdatnianiu wody. Po oczyszczeniu trafia do mikroturbin, gdzie dzięki sile spadania może wytworzyć energię elektryczną.
Wszystko to jest przechowywane w osobnych 12-woltowych akumulatorach. W tym momencie przychodzi włączyć jakieś oświetlenie LED lub jakiś mały sprzęt. Ostatecznym pomysłem jest zwiększenie wydajności i ilości energii elektrycznej produkowanej do zasilania domów.
Z pierwszej turbiny, która uzyska niezbędną moc, woda przechodzi przez kolejny filtr z węglem aktywnym, który eliminuje wszelkie zanieczyszczenia, zapachy i smaki. W ten sposób woda jest oczyszczona i może być spożywana w domu.
Mam nadzieję, że dzięki tym informacjom dowiecie się więcej na temat różnych sposobów przekształcania wody deszczowej w energię elektryczną.