Инсталирането на слънчеви панели е широко признато като един от най-ефективните методи за овладяване на възобновяема енергия. Въпреки това учените наскоро откриха нова техника, която използва дъждовна вода като също толкова обещаваща алтернатива за улавяне, съхранение и използване на електрическа енергия. Този иновативен метод може да промени начина, по който получаваме енергия в дъждовни дни, осигурявайки жизнеспособна опция, когато слънчевите панели не са толкова ефективни.
В тази статия ще ви разкажем как дъждовната вода се използва за генериране на електричество, ще проучим най-новите технологични постижения и ще прегледаме други начини да се възползвате от тази възобновяема алтернатива.
Дъждовната вода като електрическа енергия
Ключът към превръщането на дъждовната вода в електричество се крие във въздействието, генерирано от капчиците, когато се сблъскат с възприемчиви повърхности. Това въздействие произвежда кинетична енергия, която може да се преобразува в електрическа с помощта на специализирани устройства. По-точно, екип от изследователи от Университет Цинхуа разработи система, базирана на трибоелектрични наногенератори (TENGs), за събиране на тази енергия.
Наногенераторите TENG използват трибоелектричен ефект, който се възползва от взаимодействието между повърхностите, за да генерира електричество при контакт с дъждовните капки. Въпреки че първите версии на тези системи имаха проблеми по отношение на ефективността, последните постижения значително подобриха тяхната производителност, достигайки мощност близо до 200 W на квадратен метър.
Как работи устройството
Тази система е проектирана да смекчи един от основните проблеми, наблюдавани при първите модели на наногенератори: загуба на енергия между горния и долния електрод на панела. Чрез модифициране на дизайна на устройството, изследователите са успели да разрешат този проблем. Зонг Ли, професор в университета Цинхуа и един от водещите представители в разработването на тази система, предложи използването на няколко D-TENG наногенератори свързани паралелно, подобно на разположението на фотоволтаичните клетки в слънчевите панели.
Използването на система, наречена «мостов матричен генератор» позволява отделни клетки да бъдат свързани, така че да работят независимо, намалявайки свързващия капацитет и максимизирайки производителността на устройството. Този напредък доведе до значително подобряване на ефективността на събиране на енергия от дъждовни капки и отвори вратата към възможността за захранване на по-големи устройства в близко бъдеще, като например домакинско електрическо оборудване.
Преобразувайте дъждовната вода в електричество
Процесът на преобразуване на дъждовната вода в електричество се основава на потенциалната разлика, създадена, когато капките се сблъскат със заредена повърхност. Капката получава положителен заряд, докато панелът получава отрицателен заряд, генерирайки електричество. Въпреки че количеството енергия, получено от една капка, е нищожно, мостов матричен генератор Помага за поддържане на постоянен заряд, предотвратявайки бързото разсейване на натрупаната енергия.
Експериментите, проведени от екипа на Tsinghua, показват, че чрез увеличаване на дебелината на повърхността на панела, свързващият капацитет намалява, което подобрява ефективността на системата. Благодарение на тези подобрения, постигнатото представяне беше до 200 W на квадратен метър, което представлява значителен напредък в сравнение с предишните версии на устройството.
Други методи за производство на електричество с дъждовна вода
Въпреки че системата D-TENG е една от най-модерните, тя не е единственият метод за получаване на енергия от дъждовна вода. Има и други алтернативи като използването на пиезоелектричност, която се основава на свойството на определени материали да преобразуват механичната енергия в електрическа. В този случай механичната енергия, генерирана от въздействието на капчиците върху пиезоелектричен полимер - като PVDF - се трансформира в електричество. Този метод, разработен от учени от CEA/Leti-MINATEC във Франция, е по-малко ефективен от D-TENG, но остава активно поле за изследване за подобряване на капацитета му за събиране на енергия.
Друг интересен подход е този на a домашна хидравлична микротурбина, разработен от студенти от Технологичния университет на Мексико. Системата, наречена „Дъжд“, събира дъждовна вода от покривите на домовете, филтрира я, пречиства я и след това я използва, за да завърти микротурбина, която генерира електричество. Въпреки че системата в момента е в състояние да захранва само малки устройства като LED светлини, идеята е този тип технология да може да бъде мащабирана, за да осигури по-голямо количество мощност в бъдеще.
Бъдещи прогнози и предизвикателства
Въпреки постигнатия напредък, разработването на системи за използване на дъждовна вода като източник на електроенергия продължава да е изправено пред значителни предизвикателства. Ефективността на TENG, пиезоелектрическите и микротурбинните генератори все още се подобрява и са необходими повече изследвания, за да се увеличи тяхната търговска жизнеспособност. Въпреки това, възможността за улавяне на възобновяема енергия от обилни дъждове, особено в региони, предразположени към бури или проливни дъждове, отваря набор от възможности за използването на тази технология в селските или градските райони.
Ако напредъкът в тази област продължи със същото темпо, вероятно в близко бъдеще ще видим хибридни панели, които комбинират слънчева енергия и дъждовна енергия, което би позволило производството на електроенергия да бъде максимално увеличено при всякакви метеорологични условия.
Иновациите в използването на възобновяема енергия продължават да напредват и използването на дъждовна вода за генериране на електричество обещава да бъде важна част от енергийното решение на бъдещето. С най-новите разработки в наногенераторите и други подобни технологии се доближаваме до сценарий, при който дъждовете служат не само за подхранване на земята, но и за запалване на нашите светлини.