Bu güneş pili yağmur yağdığında bile elektrik sağlıyor

Özel bir kaplama, daha önce düşünülemez olanı mümkün kılıyor: Güneş pilleri yağmur yağdığında bile enerji üretiyor.

Güneş pilleri şu prensibe göre çalışır: Güneş parladığında elektrik üretilir. Ancak gökyüzü kararırsa ve yağmur yağarsa, güneş panelleri evinizin çatısında kullanabileceğiniz hoş bir aksesuardır. Peki ya o zamanlar elektrik zaten üretiliyorduysa?

Sevilla Malzeme Bilimi Enstitüsü'nden (ICMS) bir ekibin tam olarak üzerinde çalıştığı şey bu. Araştırmacılar görünüşe göre iki enerji kaynağını tek bileşenle, yani güneş ışığı ve düşen yağmur damlalarının kinetik enerjisini kullanmanın bir yolunu buldular.

Araştırmalarının sonuçlarını bilimsel dergide yayınlıyorlar Nanoenerji yayınlandı.

Sürtünmeyle elektrik akımı nasıl oluşur?

Merkezinde, yüksek verimliliği ve düşük malzeme maliyetleri nedeniyle umut verici görülen bir hücre türü olan perovskit güneş pili yer alıyor. Araştırmacılar daha sonra kimyasal olarak Teflon'a benzeyen florlu plastik bir katman uygulamak için bir plazma işlemi kullanıyor.

Bu katman 30 ila 250 nanometre arasında farklı kalınlıklarda test edildi. Ancak çoğu test 130 nm katman kalınlığında gerçekleştirildi. Kaplama güneş ışığının %90'ından fazlasına karşı şeffaftı.

Bir su damlası bu yüzeye çarparsa ilginç bir şey olur: Damla çarpıp yayıldığında ve yuvarlandığında, su ile kaplama arasında elektrik yükleri hareket eder.

Fizikte triboelektriklik veya statik elektrik olarak bilinen bu olay, entegre elektrotlar aracılığıyla bir akım sinyali olarak alınabiliyor. Esasen, her bir yağmur damlası, elektriğin kısa bir süre için geçmesine izin veren küçük bir anahtar gibi çalışır.

Güçlü voltaj yükselmeleri, ancak mütevazı sürekli performans

Laboratuvarda gerçekleştirilen ölçümlerin sonuçları başlangıçta muhteşem görünüyor: Yere çarpan tek bir yağmur damlası, 110 Volt'a kadar voltaj zirveleri üretiyor.

Ancak bu değer sınıflandırmayı gerektirir. Gerilim yüksektir ancak yalnızca saniyenin çok küçük bir kısmı boyunca akar. Mevcut etkin sürekli güç, santimetre kare başına maksimum yaklaşık dört miliwatt kadardır: küçük elektronik cihazlar için yeterlidir, ancak bir evin ihtiyaç duyduğundan çok uzaktır.

En iyi hücreler güneş ışığına maruz kaldığında %17,9'luk bir verime ulaştı ve ek koruyucu katman sayesinde performanstan neredeyse hiçbir şey kaybetmedi.

Her iki enerji kaynağının da aslında aynı anda çalıştığını göstermek için ekip, laboratuvarda simüle edilmiş güneş ışığı ve yapay yağmura paralel olarak LED lambalar kullandı ve bu süreçte küçük kapasitörleri şarj etti.

Perovskit hücresinin en büyük düşmanına karşı koruyucu kalkan

Perovskit güneş pillerinin umut verici olduğu düşünülüyor. Ancak ciddi bir zayıflıkları var: Minimum nem bile kristal malzemeyi dakikalar içinde bozundurabilir.

Böyle bir hücrenin üzerine yağmur damlalarının düşmesini isteyen kişinin öncelikle bu temel sorunu çözmesi gerekmektedir.

Florlu kaplama, elektrik üretmenin yanı sıra aynı derecede önemli ikinci bir rol daha oynuyor: Yüksek derecede su itici etkisi var ve alttaki hassas katmanları yalıtıyor.

Ek bir endüstriyel epoksi reçine yapıştırıcıyla birlikte korunan hücre, dayanıklılık testinde nemli koşullarda 300 saatten fazla dayandı.

15 dakika boyunca tamamen suya daldırıldıktan sonra bile hala çalışıyordu; korumasız bir karşılaştırma hücresi ise sadece birkaç dakika sonra başarısız oldu.

Damlacık yüzeyinin kendisi de dirençli olduğunu kanıtladı ve 17.000'den fazla darbeden sonra hâlâ orijinal performansının %85'inden fazlasını sunuyor.

Ev sahipleri teknolojiden ne zaman yararlanır?

Bu hala santimetre büyüklüğündeki hücreler üzerinde yapılan laboratuvar araştırmasıdır. Evlerin çatıları için büyük modüllerin oluşturulması muhtemelen biraz zaman alacak. Daha büyük alanlara ölçeklendirme gibi uzmanlaşılması gereken birkaç ek adım vardır. Ayrıca kaplamanın gerçek dış koşullarda kendini kanıtlaması gerekir.

Kısa vadede, araştırmacılar özellikle küçük ve enerji tasarrufu sağlayan cihazlarda uygulama fırsatları görüyor: köprülerdeki veya binalardaki sensörler, tarımdaki hava durumu istasyonları veya Nesnelerin İnterneti'ndeki ağ bağlantılı bileşenlerde, hava koşullarından bağımsız olarak güvenilir bir şekilde enerji sağlanması gerekiyor.

Her türlü hava koşulunda CO2'siz elektrik umudu duyanlar için bu teknoloji, her ne kadar sağlam bir bilimsel temele sahip olsa da, şimdilik geleceğe ait bir şey olmaya devam ediyor.