پژوهشگران دانشگاه یوننان و مدرسه تحصیلات تکمیلی متحد جنوبغربی چین، نوعی سلول خورشیدی زیرآبی را توسعه دادهاند که در آزمایشهای انجامشده در دریای چین جنوبی توانسته است در عمق ۱۰ متری، معادل حدود ۳۳ فوت به تولید برق پایدار ادامه دهد؛ دستاوردی که میتواند مسیر استفاده از انرژی خورشیدی را برای تامین برق تجهیزات مستقر در محیطهای دریایی، از حسگرها و دوربینها گرفته تا سامانههای ارتباطی هموار کند.
به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از اینترستینگ اینجیرینگ، تا پیش از این تلاشها برای برداشت انرژی خورشیدی در زیر آب عمدتا به آبهای کمعمق محدود میشد و مطالعات انجامشده در این زمینه عملکرد سلولهای خورشیدی را در عمق دو متر یا کمتر بررسی کرده بودند. پژوهشگران میگویند چنین عمقی برای بسیاری از کاربردهای عملی در محیطهای دریایی کافی نیست.
ون هوا ژانگ از پژوهشگران این مطالعه با اشاره به محدودیت تحقیقات پیشین گفته است تاکنون مطالعات بسیار کمی درباره سلولهای خورشیدی زیر آب انجام شده و تقریبا همه آنها روی عمقهای بسیار کم یعنی حداکثر دو متر، متمرکز بودهاند؛ شرایطی که با نیازهای کاربردهای عملی فاصله زیادی دارد.
به گفته ژانگ پژوهش جدید نخستین اعتبارسنجی عملکردی سلولهای خورشیدی غوطهور در آب است که توانستهاند در عمق حدود ۱۰ متری بهصورت عملیاتی کار کنند و به این ترتیب دامنه کاربرد بالقوه این فناوری را گسترش دهند.
یکی از چالشهای اصلی تولید برق خورشیدی در زیر آب کاهش سریع شدت نور با افزایش عمق است. نور خورشید هنگام عبور از آب بهسرعت تضعیف میشود و بخش قابلتوجهی از طیف نوری که سلولهای خورشیدی معمولی برای تولید برق به آن متکی هستند در اعماق پایینتر در دسترس نیست.
سلولهای خورشیدی سیلیکونی تجاری که بهطور معمول برای استفاده در سطح زمین طراحی شدهاند طیف گستردهای از نور خورشید بهویژه طول موجهای قرمز و فروسرخ را جذب میکنند. با ورود نور به محیط آبی این سلولها بخش قابلتوجهی از توانایی خود برای تبدیل نور به انرژی الکتریکی را از دست میدهند.
پژوهشگران برای حل این مشکل سلولهای خورشیدی با گاف نواری گسترده (Wide-bandgap) طراحی کردند که برای جذب طول موجهای نور از بخش آبی تا نارنجی طیف خورشیدی بهینهسازی شدهاند؛ طول موجهایی که توانایی بیشتری برای نفوذ در آب دریا دارند.
این رویکرد به سلولها اجازه میدهد از نور محیطی موجود در زیر سطح آب برای تولید انرژی استفاده کنند.
در آزمایشها سلولهای توسعهیافته توانستند در عمق ۱۰ متری طی تنها دو ساعت حدود ۳۲۴ میلیواتساعت برق تولید کنند. پژوهشگران میگویند این میزان انرژی برای شارژ باتریهای استاندارد لیتیومیونی کافی است.
این قابلیت میتواند برای تجهیزاتی که در فاصله زیادی از ساحل فعالیت میکنند اهمیت داشته باشد. حسگرهای پایش محیط زیست، دوربینهای نظارتی و تجهیزات ارتباطی زیرآبی از جمله سامانههایی هستند که میتوانند از چنین منبع انرژی استفاده کنند.
در صورت توسعه بیشتر سلولهای خورشیدی زیرآبی میتوانند بخشی از وابستگی این تجهیزات به کابلهای برق متصل به ساحل یا تعویض مداوم باتریها را کاهش دهند. چنین قابلیتی بهویژه در سامانههای پایش طولانیمدت دریا و کاربردهایی مانند آبزیپروری میتواند اهمیت داشته باشد.
پژوهشگران علاوه بر بررسی توان تولید برق دوام سلولها را نیز آزمایش کردند. سلولهای اختصاصی این گروه در شرایط شبیهسازیشده، پس از ۳۰۰ روز نگهداری حدود ۹۶ درصد از کارایی خود را حفظ کردند.
همچنین نمونههای اولیه در یک آزمایش شبیهسازیشده در عمق ۱۰ متری و در شرایط مرتبط با منطقه جزایر ویژو در دریای چین جنوبی طی ۱۱۶۰ ساعت تقریبا هیچ افت عملکردی نشان ندادند.
یکی دیگر از نکات مهم این پژوهش حرکت از سلولهای آزمایشگاهی کوچک به سمت ساخت ماژولهای خورشیدی بزرگتر است. به گفته ژانگ آزمایشهای آزمایشگاهی در کنار آزمایشهای میدانی شواهدی از امکان عملکرد سامانههای فتوولتائیک زیرآبی در شرایط واقعی فراهم کردهاند.
بر اساس نتایج ارائهشده این فناوری میتواند در صورت تداوم عملکرد و مقاومت در شرایط محیطی به یک منبع انرژی نسبتا پایدار برای سامانههای دورافتاده دریایی تبدیل شود. پژوهشگران عمر عملیاتی پیوسته این فناوری را حدود ۵.۵ سال برآورد کردهاند.
با این حال استفاده گسترده از سلولهای خورشیدی در زیر آب همچنان با چالشهای فنی متعددی روبهرو است. این سلولها باید ضمن حفظ دوام بالا امکان عبور موثر نور را برای مدت طولانی فراهم کنند.
آب شور و خاصیت خورندگی آن فشار بالای آب در عمق و احتمال نفوذ آب به ساختار تجهیزات از جمله عواملی هستند که میتوانند عملکرد و عمر سامانههای فتوولتائیک زیرآبی را تحت تاثیر قرار دهند.
پژوهشگران در مرحله بعد قصد دارند آزمایشها را به اعماق بیشتری منتقل کنند تا مشخص شود سلولهای خورشیدی تا چه عمقی میتوانند همچنان انرژی قابل استفاده تولید کنند.
آنها همچنین توسعه پروتکلهای استاندارد برای آزمایش و ارزیابی عملکرد فتوولتائیکهای زیرآبی را دنبال خواهند کرد؛ موضوعی که میتواند برای مقایسه عملکرد فناوریهای مختلف و حرکت این فناوری از مرحله آزمایشگاهی به سمت کاربردهای عملی اهمیت داشته باشد.
نتایج این مطالعه در مجله Joule منتشر شده است.
انتهای پیام/