Kad bih ti rekao da možeš proizvode sunčevu energiju kišomKako bi ostao? Znamo da vremenski uslovi kao što su kiša i oblačni dani značajno utiču na Fotonaponske ćelije, smanjujući njegovu efikasnost. Međutim, nedavne inovacije obećavaju da će promijeniti ovu stvarnost, a najviše iznenađujuće od svega je da se temelje na korištenju grafen, materijal koji revolucionira više sektora, uključujući solarnu energiju.
U kišnim ili oblačnim danima, kada je sunčevo zračenje niže, fotonaponski solarni paneli ne mogu proizvesti toliko energije kao po sunčanom danu. Ovo je uvijek bio glavni izazov za solarnu energiju u mnogim regijama svijeta. Međutim, tim kineskih naučnika na čelu sa Qunwei Tang razvija a revolucionarna solarna ćelija sta mogu proizvode električnu energiju čak i za vrijeme kiše.
Grafen: iznenađujući materijal
Grafen je materijal koji se sastoji od atoma ugljika organizovan u heksagonalnu strukturu, sličnu grafitu. Međutim, ono što ga izdvaja je to što je debeo samo jedan atom, što ga čini jednim od najlakših i najjačih poznatih materijala. Tačnije, jeste 200 puta jači od čelika, finiji od ljudske kose, a ima i odličnu električnu i toplotnu provodljivost.
Njegova mnogobrojna svojstva su ga učinila materijalom budućnosti. Nije samo lagan i izdržljiv, već ima i veliki kapacitet za provode elektricitet. Sposoban je proizvoditi električnu energiju kada ga pogodi sunčeva svjetlost i također kada je izložen ionskim česticama koje se nalaze u kapima kiše. Ovo ga čini a savršen materijal za solarne ćelije koji ne zavise isključivo od direktnog sunčevog zračenja.
Kako rade grafenske solarne ćelije?
Princip rada solarne ćelije sa grafenom Zaista je genijalno. Ovi paneli imaju sloj grafena koji u kontaktu sa joni prisutni u kišnici, kao što su natrijum, kalcijum i amonijum, izaziva hemijsku reakciju koja koristi prednost razlike potencijala. Ovi joni stupaju u interakciju sa slobodnim elektronima grafena formirajući ono što je poznato kao pseudokondenzatori. Kada kapi kiše padaju na površinu panela, stvara se mala količina električne energije zahvaljujući različitom naboju između grafena i vode.
Ovaj proces je iznenađujuće efikasan u pretvaranju potencijalna energija kišnice u električnoj energiji. Iako su performanse još uvijek relativno niske u poređenju sa konvencionalnim fotonaponskim ćelijama, činjenica da se električna energija može proizvesti u nepovoljnim vremenskim uvjetima već je velika prednost.
Nadalje, grafen ne samo da poboljšava proizvodnju električne energije tokom kiše, već se pokazalo i da ima sposobnost povećati efikasnost solarnih panela kada su izloženi direktnom sunčevom zračenju. To je zato što može generirati dodatne reakcije kada fotoni stignu do njegove površine, što ga čini nevjerovatno svestranim materijalom.
Lewisova kiselo-bazna reakcija
Fenomen koji se javlja kada kiša udari u solarnu ploču prekrivenu grafenom nije ništa drugo do Lewisova kiselo-bazna reakcija. Kapi kiše sadrže nečistoće, kao što su soli i ioni, koji stvaraju potencijalnu razliku s grafenom.
Generiše se dvostruki jonski sloj: pozitivni ioni prisutni u kišnici (kao što su natrijum, kalcijum i amonijum) prijanjaju na sloj grafena. Kao rezultat, formira se neka vrsta mikromotora koji pretvara razlika u snazi između kišnice i grafena u struju. Ova razmjena elektrona je ono što proizvodi električnu energiju, čak i za vrijeme pljuska.
Obećavajući rezultati i preostali izazovi
Iako tehnologija od grafenske solarne ćelije već obećava da će revolucionirati energetski sektor, izazovi su i dalje prisutni. Trenutno se performanse ovih ćelija vrte okolo 6.5%, prilično niska vrijednost u odnosu na konvencionalnih solarnih panela silicijuma, koji imaju efikasnost od 20 do 22% u sunčanim danima.
Međutim, ono što je istinski inovativno u ovoj tehnologiji je to što može proizvesti električnu energiju u kišnim ili oblačnim danima, što je nešto nemoguće za konvencionalne panele. Osim toga, naučnici rade na poboljšanju efikasnosti grafenskih ćelija, a očekuje se da u budućnosti one mogu biti jednako efikasne kao sadašnje fotonaponske ćelije, ako ne i više. Kada se to dogodi, solarna energija će postati održiva opcija u regijama svijeta s pretežno vlažnom ili kišovitom klimom.
Pored mogućnosti rada na kiši, razvoj superkondenzatori na bazi grafena Takođe utire put za efikasnije skladištenje energije. To bi značilo da bi energija nastala tokom padavina mogla biti pohranjena za kasniju upotrebu, dodatno povećavajući održivost ove tehnologije.
Moguće primjene širom svijeta
Razvoj solarne ćelije sa grafenom Posebno je obećavajuće za regije koje imaju pretežno kišnu klimu, kao što su jugoistočna Azija, određene evropske zemlje i sjeveroistočne Sjedinjene Države. U ovim područjima, gdje su sunčani dani ograničeni, ova tehnologija bi mogla ponuditi isplativo i ekološki prihvatljivo rješenje za proizvodnju energije.
Isto tako, uticaj ovih panela na životnu sredinu je znatno manji, budući da je grafen ekološki, bogat materijal sa niskim troškovima proizvodnje. Njihova proizvodnja zahtijeva manje energije od konvencionalnih silikonskih panela, a dugoročno bi mogli smanjiti ovisnost o fosilnim gorivima.
Uz kontinuirani napredak u oblasti solarne energije, moguće je da bismo u bliskoj budućnosti mogli vidjeti svijet u kojem se energija ne proizvodi samo u sunčanim danima, već i na kiši, čime kišni dan više ne predstavlja prepreku za proizvodnju čiste i održive energije.