Το επόμενο βήμα από την πράσινη ενέργεια: Φωτοβολταϊκά που παράγουν ρεύμα στον βυθό της θάλασσας

- Newsroom

Η ηλιακή ενέργεια εγκαταλείπει για πρώτη φορά την επιφάνεια και κατεβαίνει στον βυθό, καθώς μια νέα γενιά φωτοβολταϊκών κυψελών δοκιμάζεται σε πραγματικές θαλάσσιες συνθήκες με στόχο να λύσει ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα των υποβρύχιων συστημάτων: την περιορισμένη ενεργειακή αυτονομία.

Ερευνητική ομάδα κατάφερε να λειτουργήσει ειδικά σχεδιασμένες φωτοβολταϊκές κυψέλες σε βάθος περίπου 10 μέτρων στη Νότια Σινική Θάλασσα, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια αρκετή ώστε να τροφοδοτήσει μικρές ηλεκτρονικές συσκευές, να φορτίσει μπαταρίες ιόντων λιθίου και να υποστηρίξει τη λειτουργία φωτισμού LED.

Η τεχνολογία αυτή δεν έχει ως στόχο τη δημιουργία υποθαλάσσιων ηλιακών πάρκων, αλλά την ανάπτυξη μικρών, αυτόνομων ενεργειακών πηγών για συστήματα που σήμερα εξαρτώνται αποκλειστικά από μπαταρίες.

Το δύσκολο στοίχημα της παραγωγής ενέργειας κάτω από το νερό

Η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας στον βυθό αποτελεί μια ιδιαίτερα απαιτητική πρόκληση. Καθώς το φως περνά μέσα από το νερό, μεγάλο μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας απορροφάται ή διαχέεται, με αποτέλεσμα οι συνθήκες φωτισμού να αλλάζουν δραματικά σε σχέση με την επιφάνεια.

Στα 10 μέτρα βάθος, το φάσμα του φωτός που παραμένει διαθέσιμο είναι περιορισμένο και διαφορετικό από εκείνο που αξιοποιούν τα συμβατικά φωτοβολταϊκά πάνελ. Για τον λόγο αυτό οι ερευνητές στράφηκαν σε κυψέλες περοβσκίτη, ένα υλικό που παρουσιάζει ιδιαίτερες ιδιότητες και μπορεί να προσαρμοστεί καλύτερα στα μήκη κύματος φωτός που φτάνουν κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας.

Οι δοκιμές έδειξαν ότι οι ειδικά διαμορφωμένες κυψέλες μπορούν να μετατρέπουν αποτελεσματικά το διαθέσιμο φως σε ηλεκτρική ενέργεια, ακόμη και σε ένα περιβάλλον όπου η ηλιακή ακτινοβολία είναι πολύ πιο περιορισμένη.

Παραγωγή ενέργειας μέσα στη θάλασσα

Κατά τη διάρκεια των δοκιμών κοντά στα νησιά Βέιτζοου, ανοικτά των κινεζικών ακτών, τα υποβρύχια φωτοβολταϊκά παρήγαγαν περίπου 324 μιλιβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας μέσα σε δύο ώρες.

Η ποσότητα αυτή μπορεί να φαίνεται μικρή σε σύγκριση με ένα συμβατικό φωτοβολταϊκό σύστημα στην ξηρά, όμως είναι σημαντική για εφαρμογές χαμηλής κατανάλωσης, όπως αισθητήρες παρακολούθησης, κάμερες, συστήματα συλλογής δεδομένων και μικρά αυτόνομα υποβρύχια οχήματα.

Το πλεονέκτημα της τεχνολογίας βρίσκεται ακριβώς εκεί: όχι στην παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά στη δυνατότητα συνεχούς λειτουργίας μικρών συσκευών χωρίς συχνές παρεμβάσεις συντήρησης.

Απόδοση και αντοχή σε πραγματικές συνθήκες

Οι εργαστηριακές δοκιμές έδειξαν υψηλές επιδόσεις υπό προσομοιωμένες συνθήκες φωτισμού που αντιστοιχούν σε βάθος 10 μέτρων. Η απόδοση μετατροπής ενέργειας έφτασε το 34,71% στο συγκεκριμένο υποβρύχιο φάσμα φωτός.

Ωστόσο, η μέτρηση αυτή δεν μπορεί να συγκριθεί άμεσα με τις αποδόσεις των συμβατικών φωτοβολταϊκών στην επιφάνεια, καθώς αφορά διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Με τα πρότυπα μέτρησης που χρησιμοποιούνται για τα κλασικά φωτοβολταϊκά, η πιστοποιημένη απόδοση των κυψελών διαμορφώθηκε στο 16,79%.

Εξίσου σημαντικό στοιχείο αποτελεί η ανθεκτικότητα της τεχνολογίας. Οι δοκιμές έδειξαν ότι οι κυψέλες παρουσίασαν σχεδόν μηδενική υποβάθμιση μετά από περίπου 1.160 ώρες λειτουργίας σε συνθήκες αντίστοιχες με βάθος 10 μέτρων.

Με βάση τα μοντέλα επιταχυνόμενης γήρανσης, οι ερευνητές εκτιμούν ότι το σύστημα θα μπορούσε να διατηρήσει τουλάχιστον το 80% της αρχικής απόδοσης για περίπου 5,5 χρόνια.

Νέες εφαρμογές από τη θαλάσσια παρακολούθηση έως τα ρομπότ

Η μεγαλύτερη αξία της τεχνολογίας βρίσκεται στις εφαρμογές που απαιτούν μακροχρόνια λειτουργία σε δύσκολα προσβάσιμα σημεία.

Σήμερα, πολλά υποβρύχια συστήματα παρακολούθησης λειτουργούν με μπαταρίες, οι οποίες χρειάζονται τακτική αντικατάσταση. Σε μεγάλα βάθη ή απομακρυσμένες περιοχές, η διαδικασία αυτή αυξάνει σημαντικά το κόστος και τη δυσκολία συντήρησης.

Η δυνατότητα παραγωγής ενέργειας απευθείας στο σημείο λειτουργίας μπορεί να αλλάξει τα δεδομένα για την παρακολούθηση των θαλάσσιων οικοσυστημάτων, την έρευνα των ωκεανών αλλά και την ανάπτυξη αυτόνομων υποβρύχιων οχημάτων.

Οι ερευνητές έχουν ήδη ενσωματώσει τις κυψέλες σε υποβρύχια ρομπότ, δοκιμάζοντας τη λειτουργία τους σε πραγματικό θαλάσσιο περιβάλλον.

Το επόμενο όριο βρίσκεται βαθύτερα

Η συγκεκριμένη τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο, όμως ανοίγει έναν νέο δρόμο στην αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας. Το επόμενο βήμα αφορά τη διερεύνηση του πόσο βαθύτερα μπορούν να λειτουργήσουν τέτοια συστήματα και ποια θα είναι η συμπεριφορά τους σε διαφορετικές θαλάσσιες συνθήκες.

Η ιδέα ότι ο βυθός μπορεί να αποκτήσει τη δική του μικρή «ενεργειακή υποδομή» ίσως έμοιαζε μέχρι πρόσφατα με σενάριο επιστημονικής φαντασίας. Τώρα, όμως, τα φωτοβολταϊκά δεν κοιτούν μόνο τον ουρανό· αρχίζουν να κοιτούν και προς τη θάλασσα. Και όπως φαίνεται, ακόμη και ο βυθός θέλει τη δική του πρίζα.

Πηγή: energypress.gr