Jos kertoisin sinulle, että aurinkoenergiaa voidaan tuottaa sadevedellä , mitä ajattelisit? Tiedämme, että sääolosuhteet, kuten sade ja pilviset päivät, vaikuttavat merkittävästi aurinkokennoihin ja vähentävät niiden tehokkuutta. Viimeaikaiset innovaatiot kuitenkin lupaavat muuttaa tämän, ja yllättävintä on, että ne perustuvat grafeenin käyttöön , materiaaliin, joka mullistaa useita aloja, mukaan lukien aurinkoenergian.
Sateisina tai pilvisinä päivinä, kun auringonsäteily on vähäisempää, aurinkopaneelit eivät pysty tuottamaan yhtä paljon energiaa kuin aurinkoisena päivänä. Tämä on aina ollut aurinkoenergian suurin haaste monilla maailman alueilla. Kiinalaisten tiedemiesten Qunwei Tangin johtama ryhmä kehittää kuitenkin mullistavaa aurinkokennoa , joka voisi tuottaa sähköä myös sateella.
Grafeeni: yllättävä materiaali
Grafeeni on kuusikulmaiseen rakenteeseen järjestyneistä hiiliatomeista koostuva materiaali , joka muistuttaa grafiittia. Sen erikoisuus on kuitenkin se, että se on vain yhden atomin paksuinen, mikä tekee siitä yhden kevyimmistä ja vahvimmista tunnetuista materiaaleista. Tarkemmin sanottuna se on 200 kertaa vahvempaa kuin teräs , ohuempaa kuin ihmisen hius ja sillä on myös erinomainen sähkön- ja lämmönjohtavuus.
Sen useat ominaisuudet ovat tehneet siitä tulevaisuuden materiaalin. Se on paitsi kevyt ja vahva, myös sillä on korkea sähkönjohtavuus . Se voi tuottaa sähköä auringonvalossa ja myös sadepisaroiden ionihiukkasissa. Tämä tekee siitä täydellisen materiaalin aurinkokennoille , jotka eivät ole riippuvaisia ​​pelkästään suorasta auringonvalosta.
Miten grafeeniaurinkokennot toimivat?
Grafeeniaurinkokennojen toimintaperiaate on todella nerokas. Näissä paneeleissa on grafeenikerros, joka joutuessaan kosketuksiin sadevedessä olevien ionien , kuten natriumin, kalsiumin ja ammoniumin, kanssa laukaisee kemiallisen reaktion, joka hyödyntää potentiaalieroa. Nämä ionit vuorovaikuttavat grafeenin vapaiden elektronien kanssa muodostaen niin sanottuja pseudokondensaattoreita . Kun sadepisarat putoavat paneelin pinnalle, pieni määrä sähköä syntyy grafeenin ja veden välisen varauseron vuoksi.
Tämä prosessi on yllättävän tehokas sadeveden potentiaalienergian muuntamisessa sähköenergiaksi. Vaikka hyötysuhde on suhteellisen alhainen perinteisiin aurinkosähkökennoihin verrattuna, se, että sähköä voidaan tuottaa vaikeissa sääolosuhteissa, on jo merkittävä etu.
Lisäksi grafeeni ei ainoastaan ​​paranna sähköntuotantoa sateen aikana, vaan sen on myös osoitettu lisäävän aurinkopaneelien tehokkuutta suorassa auringonvalossa. Tämä johtuu siitä, että se voi tuottaa lisäreaktioita, kun fotonit saavuttavat sen pinnan, mikä tekee siitä uskomattoman monipuolisen materiaalin.
Lewisin happo-emäsreaktio
Grafeenipäällysteiseen aurinkopaneeliin osuvan sateen ilmiö on pelkkä Lewisin happo-emäsreaktio . Sadepisarat sisältävät epäpuhtauksia, kuten suoloja ja ioneja, jotka aiheuttavat potentiaalieron grafeenin kanssa.
Muodostuu ioninen kaksoiskerros: sadevedessä olevat positiiviset ionit (kuten natrium, kalsium ja ammonium) tarttuvat grafeenikerrokseen. Seurauksena muodostuu eräänlainen mikromoottori, joka muuntaa sadeveden ja grafeenin välisen potentiaalieron sähköksi. Tämä elektronien vaihto tuottaa sähköä jopa rankkasateen aikana.
Lupaavia tuloksia ja jäljellä olevia haasteita
Vaikka grafeeniaurinkokennoteknologia lupaa mullistaa energiasektorin, haasteita on edelleen. Tällä hetkellä näiden kennojen hyötysuhde on noin 6.5 % , mikä on melko alhainen arvo verrattuna perinteisiin piiaurinkopaneeleihin , joiden hyötysuhde on aurinkoisina päivinä 20–22 % .
Tässä tekniikassa on kuitenkin todella innovatiivista, että se voi tuottaa sähköä sateisina tai pilvisinä päivinä, mikä on mahdotonta tavallisille paneeleille. Lisäksi tutkijat työskentelevät grafeenikennojen tehokkuuden parantamiseksi, ja niiden odotetaan tulevaisuudessa olevan yhtä tehokkaita kuin nykyiset aurinkokennot, elleivät enemmän. Kun näin tapahtuu, aurinkoenergiasta tulee varteenotettava vaihtoehto alueilla, joilla ilmasto on pääasiassa kostea tai sateinen.
Sadeveden käytön lisäksi grafeenipohjaisten superkondensaattoreiden kehitys mahdollistaa myös tehokkaamman energian varastoinnin. Tämä tarkoittaisi, että sateen aikana syntyvää energiaa voitaisiin varastoida myöhempää käyttöä varten, mikä lisäisi entisestään tämän teknologian kannattavuutta.
Mahdolliset sovellukset maailmanlaajuisesti
Grafeenipohjaisten aurinkokennojen kehitys on erityisen lupaavaa alueille, joilla on pääasiassa sateinen ilmasto, kuten Kaakkois-Aasiassa, tietyissä Euroopan maissa ja Yhdysvaltojen koillisosassa. Näillä alueilla, joilla aurinkoiset päivät ovat rajalliset, tämä teknologia voisi tarjota kustannustehokkaan ja ympäristöystävällisen ratkaisun energiantuotantoon.
Samoin näiden paneelien ympäristövaikutukset ovat huomattavasti pienemmät, koska grafeeni on ekologinen, runsas materiaali ja alhaiset tuotantokustannukset. Niiden valmistus vaatii vähemmän energiaa kuin perinteiset piipaneelit, ja pitkällä aikavälillä ne voivat vähentää riippuvuutta fossiilisista polttoaineista.
Aurinkoenergian jatkuvan kehityksen myötä on mahdollista, että näemme lähitulevaisuudessa maailman, jossa energiaa ei tuoteta vain aurinkoisina päivinä, vaan myös sateessa, jolloin sateinen päivä ei ole enää este tuotannolle. puhdasta ja kestävää energiaa.