Исследователи из Имперского колледжа Лондона изобрели новую листовую конструкцию, которая собирает и генерирует фотоэлектрическую солнечную энергию и производит пресную воду, имитируя процессы, происходящие в настоящих растениях.
Эта инновация, получившая название PV-leaf, «использует недорогие материалы и может стать источником вдохновения для следующего поколения технологий использования возобновляемых источников энергии».
Исследования уже показали, что фотоэлектрические листья могут «генерировать на 10% больше электроэнергии по сравнению с обычными солнечными панелями, которые теряют до 70% поступающей солнечной энергии в окружающую среду».
Изобретение также способно производить более 40 миллиардов кубометров пресной воды в год к 2050 году.
«Этот инновационный дизайн обладает огромным потенциалом для значительного повышения производительности солнечных панелей, а также обеспечивает экономическую эффективность и практичность», сказал автор нового исследования, почетный научный сотрудник британского департамента химического машиностроения доктор Ган Хуанг.
Искусственный лист был разработан, чтобы устранить необходимость в насосах, вентиляторах, блоках управления и дорогих пористых материалах. Он может обеспечивать тепловую энергию, адаптироваться к различным солнечным условиям и выдерживать температуру окружающей среды.
«Внедрение этого инновационного дизайна в виде листа может помочь ускорить глобальный энергетический переход, одновременно решая две насущные глобальные проблемы: потребность в большем количестве энергии и пресной воды», сказал другой автор исследования, руководитель Лаборатории процессов чистой энергии профессор Кристос Маркидес.
PV-лист обязан своей основой настоящим листьям и имитирует их процесс транспирации, который позволяет растениям перемещать воду от корней к концам листьев.
Таким образом, вода может перемещаться, распределяться и испаряться через фотоэлектрический лист, в то время как натуральные волокна имитируют пучки жилок листа, а гидрогели имитируют клетки губки для эффективного отвода тепла от солнечных фотоэлементов.
Это не первый случай, когда ученые черпают вдохновение в растениях для создания энергии.
В октябре 2019 года группа ученых из Кембриджского университета разработала «искусственный лист», который может создавать чистый газ, называемый синтетическим газом, используя только солнечный свет, углекислый газ и воду.
Затем, в августе 2020 года, исследователи из того же учреждения разработали плавающие «искусственные листья», вдохновленные фотосинтезом, для получения чистого топлива из солнечного света и воды. Автономные устройства получились достаточно легкими, чтобы плавать, и могут стать устойчивой альтернативой ископаемому топливу, не занимая места на суше, как традиционные солнечные панели.
Резюме исследования:
Большая часть солнечной энергии (> 70%) попадает на коммерческие фотоэлектрические панели, рассеивается в виде тепла, повышая их рабочую температуру и приводя к значительному ухудшению электрических характеристик. Эффективность использования солнечной энергии коммерческих фотоэлектрических панелей обычно ниже 25%. Здесь мы демонстрируем концепцию гибридного фотоэлектрического листа, в которой используется биомиметическая структура транспирации, изготовленная из экологически чистых, недорогих и широкодоступных материалов для эффективного пассивного управления температурой и несколькими процессами. Мы экспериментально продемонстрировали, что биоинспирация может отводить ~590 Вт/м2 тепла от фотогальванического элемента, снижая температуру элемента на ~26 °C при освещенности 1000 Вт/м2 и приводя к относительному увеличению эффективности электрического сопротивления на 13,6%. Кроме того, фотогальванический лист способен синергетически использовать восстановленное тепло для совместного производства дополнительной тепловой энергии и пресной воды одновременно в одном и том же компоненте, что значительно повышает общую эффективность использования солнечной энергии с 13,2% до более чем 74,5%, а также более 1,1 л/ч. /м2 чистой воды.
