Исследователи из Имперского колледжа Лондона изобрели новую листовидную структуру, которая может собирать и генерировать фотоэлектрическую солнечную энергию и производить пресную воду, имитируя процесс, происходящий в реальных растениях.
Инновация, получившая название «PV Sheet», «использует недорогие материалы, которые могут вдохновить новое поколение технологий возобновляемой энергетики».
Исследования показали, что фотоэлектрические листья «могут генерировать более чем на 10 процентов больше электроэнергии, чем обычные солнечные панели, которые теряют до 70 процентов солнечной энергии в окружающую среду».
При эффективном использовании изобретение может также производить более 40 миллиардов кубических метров пресной воды в год к 2050 году.
«Эта инновационная конструкция имеет большой потенциал для значительного улучшения характеристик солнечных панелей, обеспечивая при этом экономическую эффективность и практичность», — сказал доктор Цянь Хуан, почетный научный сотрудник факультета химической инженерии и автор нового исследования.
Искусственные листья созданы для того, чтобы исключить необходимость в насосах, вентиляторах, блоках управления и дорогих пористых материалах.Он также обеспечивает тепловую энергию, адаптируется к различным солнечным условиям и переносит температуру окружающей среды.
«Реализация этого инновационного дизайна листов может помочь ускорить глобальный энергетический переход, одновременно решая две насущные глобальные проблемы: растущий спрос на энергию и пресную воду», — сказал Кристос Кристал, руководитель Лаборатории процессов чистой энергии и автор исследования.— сказал Маркидес.
Фотоэлектрические листья созданы на основе настоящих листьев и имитируют процесс транспирации, позволяя растению переносить воду от корней к кончикам листьев.
Таким образом, вода может перемещаться, распределяться и испаряться через фотоэлектрические листья, в то время как натуральные волокна имитируют пучки жилок листьев, а гидрогель имитирует клетки губки, чтобы эффективно отводить тепло от солнечных фотоэлементов.
В октябре 2019 года группа ученых из Кембриджского университета разработала «искусственный лист», который может производить чистый газ, называемый синтез-газом, используя только солнечный свет, углекислый газ и воду.
Затем, в августе 2020 года, исследователи из того же учреждения, вдохновленные фотосинтезом, разработали плавающие «искусственные листья», которые могут использовать солнечный свет и воду для производства чистого топлива.Согласно сообщениям того времени, эти автономные устройства будут достаточно легкими, чтобы плавать, и станут устойчивой альтернативой ископаемому топливу, не занимая при этом земли, как традиционные солнечные панели.
Могут ли листья стать основой для отказа от загрязняющих видов топлива и перехода к более чистым и экологичным вариантам?
Большая часть солнечной энергии (>70%), попадающей на коммерческую фотоэлектрическую панель, рассеивается в виде тепла, что приводит к повышению ее рабочей температуры и значительному ухудшению электрических характеристик.Эффективность солнечной энергии коммерческих фотоэлектрических панелей обычно составляет менее 25%.Здесь мы демонстрируем концепцию гибридного полигенерационного фотоэлектрического лезвия с биомиметической транспирационной структурой, изготовленной из экологически чистых, недорогих и широко доступных материалов для эффективного пассивного контроля температуры и полигенерации.Мы экспериментально продемонстрировали, что биомиметическая транспирация может отводить около 590 Вт/м2 тепла от фотоэлектрических элементов, снижать температуру элементов примерно на 26°C при освещенности 1000 Вт/м2 и приводить к относительному увеличению энергоэффективности на 13,6%.Кроме того, фотоэлектрические лопасти могут синергетически использовать рекуперированное тепло для одновременной выработки дополнительного тепла и пресной воды в одном модуле, что значительно увеличивает общую эффективность использования солнечной энергии с 13,2% до более 74,5% и генерирует более 1,1 л/ч. ./м2 чистой воды.
Время публикации: 29 августа 2023 г.