Китайские ученые совершили прорыв, который может открыть новые возможности для энергоснабжения подводных операций. Они создали и испытали первую в мире подводную солнечную электростанцию, успешно запустив фотоэлектрическую систему на основе перовскитных солнечных элементов на глубине 10 метров в открытом море.
Результаты исследования, проведенного командой ученых из Юньнаньского университета представлены в журнале Joule. Они позволяют преодолеть давнюю проблему: по мере погружения в воду интенсивность солнечного света быстро снижается, а традиционные кремниевые солнечные элементы плохо подходят для работы с узким спектром излучения, который сохраняется под водой.
Чтобы максимально эффективно использовать даже небольшое количество света, проникающего в воду, исследователи создали солнечные элементы, заметно отличающиеся от фотоэлектрических элементов традиционного типа. В основе новых элементов лежит перовскит на основе галогенида свинца — разновидность полупроводникового кристалла. При создании перовскита исследователи добавили в материал полимер, называемый полигексаметиленгуанидин гидрохлоридом. Он способствует удержанию в элементе большего количества электронов.
Подводные солнечные элементы специально разработали для улавливания спектра света, который проникает на глубину от пяти до 10 метров в морской воде. В основном это коротковолновое сине-зеленое излучение с длиной волны от 400 до 600 нанометров, поскольку большая часть красного света поглощается уже на меньших глубинах.
Сначала исследователи отработали конструкцию в лаборатории, моделируя условия океана. Им удалось достичь почти 35-процентного коэффициента преобразования энергии, после чего разработку отправили на испытания в открытом море.
Дистанционно управляемые роботы доставили солнечные элементы размером 115 кубических сантиметров на глубину два, шесть и 10 метров у побережья острова Вэйчжоу в Южно-Китайском море.
На глубине двух метров элементы выработали 1416 милливатт-часов электроэнергии, на шести метрах — 752 милливатт-часа, а на десяти метрах — 324 милливатт-часа. Во всех случаях литий-ионные аккумуляторы удалось зарядить настолько, чтобы они смогли включить светодиодную вывеску.
В перспективе эта технология позволит обеспечивать энергией подводные системы видеотрансляции с коралловых рифов, средства связи, станции акустического мониторинга или даже подводные жилые комплексы — все это может оставаться скрытым от глаз под поверхностью воды.
Автор: Андрей Привалов