Звичайний дощ, як електростанція

Звичайний дощ, як електростанція

Освоївши генерацію енергії від сонця, вітру, річок та гейзерів, вчені усього світу перейшли до активного пошуку інших поновлюваних джерел. Одні групи дослідників намагаються використовувати для цього органіку, другі — полімерні матеріали, треті — нанокристали у вигляді квантових точок. Четвертим перспективним напрямком є отримання електричного струму завдяки звичайному дощу.

Дощ та трибоелектричний ефект

Довгий час дощ навіть теоретично не розглядався як альтернатива сонячним батареям. Цьому заважала технологічна складність створення «дощового» обладнання з прийнятним ККД. Перший експеримент, під час якого міжнародна група дослідників з США та Гонконгу досягла успіху, був проведений лише у 2019 році.

Попередні спроби отримати енергію з дощу виявлялися невдалими через особливості процесу, відомого у фізиці як трибоелектричний ефект. Його суть полягає у миттєвому перенесенні заряду статичної електрики від одного матеріалу до іншого під час зіткнення — у даному випадку від краплі води до електрода.

Складність реалізації полягала у створенні електричного поля варійованої густини, що дозволяє керувати електричними струмами. Як тільки технологічне розв’язання проблеми було знайдено, експериментальна батарея дозволила згенерувати 140 Вт електроенергії в результаті падіння на приймач лише ОДНІЄЇ краплі дощу. Наочним сигналом успішності експерименту стало одночасне включення після її падіння майже 100 світлодіодних 1,5-ватних ламп.

Генератор електроенергії крапельного типу

Після цього створення повноцінного обладнання командою вчених Гонконгу та Небраски (США) стало лише справою часу. У лютому 2020 року на світ з’явився перший генератор електроенергії крапельного типу DEG (англ. — droplet electricity generator).

До технологічного прориву гонконжців та американців будь-які спроби генерації струму з дощу дозволяли отримати густину енергії не більше ніж 0,01-0,02 Вт на квадратний метр. Генератор DEG збільшив ці показники до 50 ватів на квадрат, або у 2500-5000 разів.

Для досягнення подібних показників було використано:

  • Польові транзистори з трьома полюсами. Використання подібних елементів конструкції замість стандартних двополюсних електродів дозволяє здійснювати керований розподіл струмів.
  • ПТФЕ, або політетрафторетилен як поверхневе покриття батареї. Цей вибір продиктовано двома важливими характеристиками полімеру — термоелектричною стійкістю та високим гідрофобним рівнем вологовбирання.

Під час падіння крапель на робочу поверхню генератора відбувається замикання ланцюга, в якому миттєві дощові розряди перетворюються транзисторами у квазіпостійний електричний заряд.

Певні складнощі для масового запровадження технології ще існують. Однак за 5-7 років краплинні генератори цілком зможуть інтегруватися не лише в покрівлі будинків, але навіть в парасольці.

Дощ та п’єзоелектричний ефект

Величезна користь сонячних електростанцій та інших видів альтернативної енергетики є очевидною. Саме це змушує вчених шукати шляхи для генерації енергії навіть з таких природних явищ, як звичайний дощ. Крім створення генераторів на трибоелектричному ефекті здійснюються спроби використовувати й інші фізичні принципи – зокрема, п’єзоелектричний та гідродинамічний.

В основі цього методу лежить можливість перетворення в електричний струм гідродинамічної енергії краплі, якщо вона падає на поверхню з п’єзоелектричними властивостями. Технічно створення подібного пристрою не має ніяких складнощів вже більше ніж 150 років. Однак вчені ще не знайшли, яким чином можна підвищити вкрай низький коефіцієнт конверсії для генераторів подібного.

Сонячні батареї на кінетичній енергії дощової води

Третій шлях використання великих обсягів дощової води — перетворення кінетичної енергії будь-якої маси під час її падіння з висоти. На сьогодні відомо три варіанти практичного застосування цього фізичного закону.

  1. Просте скидання. У стародавні часи опади наповнювали великий резервуар, розміщений на опорах, після чого стравлювались через отвір для обертання лопатей дерев’яного колеса. Сьогодні механічні колеса можуть замінюватися електричними турбінами. Переваги методу — практично нульові витрати. Недоліки — короткотривале та епізодичне отримання енергії.
  2. Комбінування мікротурбін з обладнанням для очищення води. Застосовується в Індії, Мексиці та деяких інших дощових країнах екваторіального поясу для компенсації частини енерговитрат на функціонування очисних споруд.
  3. Комбінування з сонячними панелями, покритими графеном. Новітній винахід, в якому цей унікальний матеріал відіграє роль конденсатора. Сонячна погода дозволяє батареям генерувати струм завдяки поглинанню фотонів, а похмура — шляхом перетворення в нього кінетичної енергії дощових крапель.

Незвичайні стартапи

Перехід на альтернативні відновлювані джерела енергії є настільки актуальним, що нові винаходи в цій галузі нерідко належать геніальним аматорам. Одним з подібних стартапів стала дощова міні-електростанція, створена звичайним школярем Енвером Курбановим.

За видатні успіхи у фізиці та математиці, хлопця родом з невеликого селища запросили на навчання до «Школи Майбутнього» (місто Калінінград, Російська Федерація). Після вивчення доступної літератури та застосування творчого хисту, 15-річний вундеркінд зібрав міні СЕС із деталей загальною вартістю 80 рублів. Попри майже нульові витрати, обсягів генерованої енергії достатню для зарядки відразу 300 смартфонів.

Технологічні деталі винаходу не було опубліковано. Але з офіційної заяви уряду РФ витікає, що Енверу надійшла пропозиція про співпрацю від загально відомого центру «Сколково».

Потенціал батарей та електростанцій нового типу

На сьогодні сонячна енергетика у світі є провідним напрямком для отримання енергії з поновлюваних джерел. На неї припадає понад 50% усієї альтернативної генерації. Ще 40% забезпечує вітер, решту 10% — інші технології.

У короткотривалій перспективі провідна роль сонця не зміниться, але на зміну батареям сьогодення прийдуть дешевші, екологічно безпечні та багатофункціональні панелі. Обов’язково знайдеться місце серед них і зразкам на крапельній технології. Поки ж провідні позиції на ринку захоплюють тонкоплівкові гібриди.

За співвідношенням ціна/якість/продуктивність кращими з них слід назвати модулі на базі рідкоземельного телуриду кадмію CdTe. Цей напівпровідник має ідеальну зону охоплення випромінювання, добре поглинає розсіяне світло, малочутливий до перегріву та неоптимальних кутів нахилу до сонця.

Світовим лідером у виробництві CdTe-панелей є концерн First Solar (США). В Україні його продукція розповсюджується компанією Green Tech Trade. Для встановлення СЕС «під ключ» залишайте заявку на нашому сайті та уточнюйте деталі у консультантів.

 

Будівництво сонячних
електростанцій "під ключ"

Готові інвестиційні проекти