Сонячна панель, занурена на десять метрів під воду, звучить як інженерний жарт. На такій глибині сонячне світло не просто тьмяне – воно виглядає як густий синій туман, у якому червона частина спектра зникає майже повністю. І все ж команда дослідників із Юньнаньського університету в Китаї розмістила там фотоелектричні елементи – і вони не лише працювали, а й заряджали літій-іонні акумулятори. Повідомляє T4 з посиланням на sciencealert.com. Дослівно: панелі на глибині 10 метрів (32 фути) у Південно-Китайському морі зібрали достатньо енергії, щоб зарядити батареї за дві години. Це перша практична перевірка занурених сонячних елементів на такій глибині – досі всі експерименти обмежувалися двома метрами або менше. Чому під водою панель працює інакше, ніж на даху Фото: sciencealert.com На суходолі сонячний елемент ловить широкий спектр – від інфрачервоного до ультрафіолетового. Вода цю картину ламає. Частина променів відбивається від поверхні, решта розсіюється й поглинається, причому червоні хвилі зникають уже в перших метрах. На глибині 5-10 метрів залишається переважно синьо-зелене світло з довжинами хвиль 400-600 нанометрів. Саме під цей залишок спектра китайські дослідники й підлаштували свої елементи. Вони зробили їх не зі звичного кремнію, а з галогенідного перовскіту – напівпровідникового кристала, який останні роки тіснить кремній у сонячній енергетиці. Під час синтезу в перовскіт домішали полімер під назвою полігексаметиленгуанідин гідрохлорид – він допомагає утримувати більше електронів у комірці. Ключова характеристика тут – широка заборонена зона. Грубо кажучи, це параметр, який визначає, які саме довжини хвиль матеріал здатен поглинати. Широка зона означає, що елемент добре хапає короткі хвилі – тобто саме те синє-зелене світло, яке доходить до глибини. Звичайна кремнієва панель на такій глибині просто не мала б що ловити. У лабораторії, на симуляції океанських умов, команда витиснула з елементів майже 35% ефективності перетворення енергії. Це цифра, від якої навіть наземна сонячна енергетика зазвичай далека – серійні панелі рідко перевалюють за 25%. Щоправда, тут є нюанс: лабораторні умови завжди ідеальніші за реальне море з його каламутністю, течіями й обростанням. Що показав реальний тест у Південно-Китайському морі Далі була польова частина. Дистанційно керовані апарати віднесли панелі площею 115 квадратних сантиметрів до берегів острова Вейчжоу і занурили їх на три глибини. Результат виявився передбачуваним за напрямком і все одно вражає за масштабом: на двох метрах елементи зібрали 1 416 міліват-годин, на шести – 752, на десяти – 324. Тобто на глибині 10 метрів панель виробляє приблизно вчетверо менше енергії, ніж на двох. Але навіть цих 324 міліват-годин вистачило, щоб зарядити літій-іонні батареї до рівня, за якого вони живлять світлодіодну вивіску. І ось тут ховається головне. Кому це насправді потрібно – і чому не підводним човнам Помилка – уявляти собі підводні сонячні ферми, які живлять міста. Це не той сценарій. Йдеться про дрібні автономні пристрої: стаціонарні сенсори, детектори, камери, системи акустичного моніторингу, підводний зв’язок. Усе те, що зараз або тягне за собою кабель із берега, або висить на батарейці, яку треба міняти руками водолаза. Ось де криється практична цінність. Утримання підводної інфраструктури дороге саме через логістику: корабель, команда, водолаз, заміна акумулятора раз на кілька місяців. Панель, яка сама підзаряджає сенсор роками, змінює економіку таких проєктів. Автори оцінюють, що їхні елементи могли б працювати близько п’яти з половиною років. І тут є неочевидна перевага, про яку зазвичай не згадують: під водою сонячній панелі не страшний град, пил, птахи чи спекотні дні, які знижують ККД наземних систем. Море забирає одне – світло, але взамін прибирає купу наземних проблем. Тож питання не в тому, чи вигідно, а в тому, на якій глибині ще вистачає фотонів. Ще один виняток, який варто тримати в голові: перовскітні елементи відомі нестабільністю у вологих умовах. Для наземних панелей волога – ворог, який руйнує кристал. Тут матеріал опиняється в солоній воді буквально з головою. Тож наступний рубіж для команди – не ефективність, а герметизація і довговічність. Поки що більше 5 років вони лише прогнозують, а не демонструють. Що це означає для України і для світу сонячної енергетики Скептик скаже: Юньнань, Південно-Китайське море, тропічна прозора вода – там сонячного світла вдосталь. А як щодо каламутніших і холодніших акваторій? Дослідники про це прямо не заявляють, але очевидно, що прозорість води напряму вирішує, скільки енергії дістанеться панелі. У каламутній воді ті самі 10 метрів дадуть зовсім інші цифри. Тим не менш, напрямок вартий уваги, бо він вирішує вузьке, але реальне завдання. Гідрофон для моніторингу рибних популяцій, камера на кораловому рифі, датчик солоності для науковців – усе це сьогодні живиться від акумуляторів, які хтось мусить обслуговувати. Панель на дні – це шлях прибрати обслуговування з рівняння. Не завтра, але поступово. Часті запитання Наскільки глибоко сонячні панелі можуть працювати під водою? У цьому експерименті робоча глибина – до 10 метрів. Дослідники прямо зазначають, що попередні роботи обмежувалися 2 метрами і менше. Глибше світла замало, і ефективність падає швидко: з 1 416 до 324 міліват-годин уже на десяти метрах. Чим перовскітні панелі кращі за звичайні кремнієві під водою? Перовскіт дозволяє налаштувати заборонену зону так, щоб елемент ловив синьо-зелений спектр, який проникає крізь 5-10 метрів води. Кремній орієнтований на ширший наземний спектр, тому під водою втрачає більше. Коли такі панелі з’являться на ринку? Точних термінів немає. Дослідження опубліковано в журналі Joule, і команда говорить про п’ятирічний ресурс роботи як про оцінку, а не як про підтверджений факт. Питання герметичності перовскіту у солоній воді ще відкрите. Чи можна так живити цілі підводні будинки чи станції? Теоретично – додають автори роботи, згадуючи підводні людські помешкання й системи зв’язку. Практично ж новий метод найкраще лягає на дрібні пристрої з малим споживанням, а не на енергоємні об’єкти. Якщо вже зовсім чесно, найцікавіше тут не сама цифра ефективності в лабораторії. Цікаво те, що хтось вирішив узяти крихкий матеріал, відомий своєю нелюбов’ю до вологи, і занурити його в море – щоб прибрати людину з рівняння обслуговування. І це спрацювало в реальній воді, а не лише на стенді. Питання лишається одне: чи витримає перовскіт п’ять років солі так само впевнено, як витримав один похід на глибину?The post Китайські вчені занурили сонячні панелі на 10 метрів під воду і зарядили батареї first appeared on T4 - сучасні технології та наука.