Fotowoltaika pod wodą? Może zasilać monitoring infrastruktury wodnej

Naukowcy z Uniwersytetu Yunnan przeprowadzili eksperyment na Morzu Południowochińskim. Zestaw perowskitowych modułów fotowoltaicznych umieścili na dwie godziny na głębokości 10 metrów. Wyniki wskazują, że odpowiednio zabezpieczone ogniwa mogą w takich warunkach zachować zdolność do długotrwałej pracy.

Zdaniem badaczy rozwiązanie może w przyszłości służyć do zasilania urządzeń pracujących z dala od tradycyjnych źródeł energii – m.in. czujników, kamer oraz systemów komunikacyjnych pracujących w zbiornikach wodnych.

Z punktu widzenia gospodarki komunalnej szczególnie interesujący jest potencjał wykorzystania tej technologii w systemach monitoringu wód. Autonomiczne źródło energii mogłoby zasilać urządzenia mierzące np. temperaturę, parametry fizykochemiczne czy jakość wody w zbiornikach retencyjnych, jeziorach, ujęciach wody lub innych obiektach wymagających stałego nadzoru. Pozwoliłoby to ograniczyć konieczność prowadzenia przewodów zasilających lub częstej wymiany baterii.

Test na większej głębokości

Jak podkreślają autorzy badań, dotychczas większość eksperymentów dotyczących podwodnych ogniw słonecznych prowadzono na głębokości nieprzekraczającej dwóch metrów. Tym razem potwierdzono ich działanie pięciokrotnie głębiej.

– Dotąd opublikowano bardzo niewiele badań dotyczących podwodnych ogniw słonecznych, a wszystkie koncentrowały się na bardzo małych głębokościach, do zaledwie dwóch metrów. To warunki dalekie od tych, których wymagałyby praktyczne zastosowania – wskazuje Wen-Hua Zhang z Uniwersytetu Yunnan, autor badania opisanego w czasopiśmie „Joule”.

Jak dodaje, po raz pierwszy udało się potwierdzić praktyczne działanie tego typu ogniw na głębokości około 10 metrów, co wyraźnie zwiększa zakres potencjalnych zastosowań technologii.

Światła jest mniej, ale nadal wystarcza

Jednym z podstawowych problemów fotowoltaiki pracującej pod wodą jest zmiana ilości i charakterystyki docierającego światła. Wraz ze wzrostem głębokości część promieniowania słonecznego jest pochłaniana przez wodę.

Badacze stworzyli więc najpierw stanowisko laboratoryjne wyposażone w odpowiednio dobrane filtry optyczne. Pozwalało ono odtworzyć warunki oświetleniowe występujące na różnych głębokościach.

Zastosowane ogniwa perowskitowe należą do grupy ogniw o szerokiej przerwie energetycznej. Dzięki temu mogą wykorzystywać zakres światła od niebieskiego do pomarańczowego, dobrze odpowiadający warunkom panującym pod powierzchnią wody.

Istotna okazała się także trwałość urządzeń. Po 300 dniach przechowywania w komorze wypełnionej azotem ogniwa zachowały około 96 proc. początkowej sprawności. Z kolei po 1160 godzinach pracy w warunkach laboratoryjnych odpowiadających głębokości 10 metrów badacze odnotowali jedynie minimalną degradację.

Od laboratorium do pracy w morzu

Kolejnym etapem było połączenie ogniw z podwodnymi robotami i przeprowadzenie próby u wybrzeży Wysp Weizhou. Moduły pracowały tam na głębokości 10 metrów.

Jak podkreśla prof. Zhang, szczególnie istotne było przejście od niewielkich ogniw laboratoryjnych do modułów o większej powierzchni, które mogą lepiej odpowiadać wymaganiom przyszłych zastosowań.

Badaczy zaskoczyła również ilość energii uzyskanej podczas zaledwie dwugodzinnego testu w rzeczywistych warunkach. Połączenie wyników laboratoryjnych i eksperymentu terenowego ma ich zdaniem potwierdzać, że podwodna fotowoltaika może wyjść poza etap badań laboratoryjnych.

Czy podwodne panele pojawią się w miejskich zbiornikach?

Na razie technologia pozostaje na etapie badań i trudno mówić o jej szybkim, masowym zastosowaniu w gospodarce komunalnej. Jeżeli jednak kolejne testy potwierdzą trwałość i opłacalność rozwiązania, podwodne ogniwa mogłyby stać się źródłem energii dla rozproszonej infrastruktury pomiarowej.

W polskich warunkach potencjalnym obszarem zastosowania mogłyby być przede wszystkim systemy monitorujące zbiorniki retencyjne, jeziora, ujęcia wody oraz inne akweny znajdujące się pod nadzorem samorządów, przedsiębiorstw wodociągowych czy jednostek odpowiedzialnych za gospodarkę wodną.

Naukowcy chcą teraz prowadzić testy na większych głębokościach. Kolejne eksperymenty mają pokazać, gdzie znajduje się praktyczna granica wykorzystania energii słonecznej pod wodą.