فهرست مطالب
پژوهشگران چینی سلول‌های خورشیدی زیرآبی جدیدی را در عمق ۱۰ متری دریای چین جنوبی با موفقیت آزمایش کرده‌اند که می‌توانند انرژی مورد نیاز حسگرها، دوربین‌ها و تجهیزات ارتباطی مستقر در زیر آب را برای مدت طولانی تأمین کنند.
به گزارش سرویس انرژی تکناک، پژوهشگران دانشگاه یون‌نان و مدرسه عالی مشترک جنوب‌غرب چین موفق شده‌اند سلول‌های فتوولتائیک غوطه‌وری بسازند که برخلاف نمونه‌های قبلی، تنها به آب‌های کم‌عمق محدود نیستند. این سلول‌ها در آزمایش‌های واقعی توانسته‌اند در عمق حدود ۱۰ متر، معادل ۳۳ فوت به فعالیت خود ادامه دهند.
این دستاورد می‌تواند یکی از محدودیت‌های مهم تجهیزات دریایی را برطرف کند. بسیاری از حسگرها، دوربین‌ها و سیستم‌های ارتباطی زیرآبی برای کار طولانی‌مدت به باتری یا کابل‌های برق متصل به ساحل نیاز دارند. استفاده از سلول‌های خورشیدی می‌تواند وابستگی به این روش‌های پرهزینه را کاهش دهد.
مطالعات قبلی روی سلول‌های خورشیدی زیرآبی عمدتا در عمق دو متر یا کمتر انجام شده بودند. در چنین عمقی نور خورشید هنوز نسبتا زیاد است، اما کاربرد عملی فناوری برای تجهیزات مستقر در اعماق بیشتر محدود باقی می‌ماند.
ون‌هوا ژانگ، نویسنده این مطالعه اعلام کرده است که این پژوهش نخستین آزمایش عملی سلول‌های خورشیدی غوطه‌وری در عمق حدود ۱۰ متر محسوب می‌شود و می‌تواند محدوده کاربرد این فناوری را به شکل قابل توجهی افزایش دهد.
بیشتر بخوانید: این مرکز داده شناور برق ۳۲ هزار خانه را تأمین می کند
طراحی سلول‌های خورشیدی متناسب با نور زیر آب
سلول‌های خورشیدی سیلیکونی رایج برای جذب طیف گسترده نور خورشید روی سطح زمین طراحی شده‌اند و بخش مهمی از انرژی خود را از طول موج‌های قرمز و فروسرخ دریافت می‌کنند. با افزایش عمق آب، این طول موج‌ها به سرعت جذب می‌شوند و در نتیجه بازده سلول‌های سیلیکونی کاهش پیدا می‌کند.
پژوهشگران برای حل این مشکل، سلول‌هایی با گاف انرژی گسترده طراحی کرده‌اند که می‌توانند طول موج‌های آبی تا نارنجی را بهتر جذب کنند. این بخش از نور خورشید توانایی بیشتری برای نفوذ به آب دارد و در عمق‌های بیشتر نیز در دسترس باقی می‌ماند.
آزمایش‌های میدانی نشان دادند که این سلول‌ها در عمق ۱۰ متری تنها طی دو ساعت می‌توانند حدود ۳۲۴ میلی‌وات‌ساعت انرژی الکتریکی تولید کنند. پژوهشگران بیان کردند که این میزان انرژی برای شارژ باتری‌های استاندارد لیتیوم‌یونی کافی است.
چنین قابلیتی می‌تواند امکان ساخت تجهیزات دریایی مستقل‌تری را فراهم کند. حسگرهای محیطی، دوربین‌های پایش و تجهیزات ارتباطی مستقر در مناطق دور از ساحل می‌توانند بخشی از انرژی خود را مستقیما از نور موجود در زیر آب دریافت کنند و نیاز کمتری به تعویض مداوم باتری داشته باشند.
بیشتر بخوانید: گوگل بزرگ‌ترین قرارداد سامانه‌های زمین‌گرمایی تاریخ را امضا کرد
پایداری بالا و برنامه برای آزمایش در اعماق بیشتر
نمونه‌های ساخته‌شده در آزمایش‌های دوام نیز عملکرد امیدوارکننده‌ای داشته‌اند. این سلول‌های خورشیدی زیرآبی پس از ۳۰۰ روز نگهداری در شرایط شبیه‌سازی‌شده، حدود ۹۶ درصد از بازده اولیه خود را حفظ کردند.
همچنین نمونه‌های اولیه طی ۱۱۶۰ ساعت آزمایش در شرایط شبیه‌سازی‌شده عمق ۱۰ متری، تقریبا هیچ افت عملکرد محسوسی نشان ندادند. این آزمایش‌ها در ارتباط با شرایط آب‌های اطراف جزایر ویژو در دریای چین جنوبی انجام شده‌اند.
پژوهشگران طول عمر عملیاتی مداوم این فناوری را حدود ۵.۵ سال برآورد کرده‌اند. چنین دوامی می‌تواند استفاده از انرژی خورشیدی را برای سامانه‌های پایش طولانی‌مدت اقیانوسی جذاب‌تر کند.
ژانگ گفته است که یکی از نتایج غیرمنتظره این تحقیق، میزان انرژی تولیدشده توسط ماژول‌های بزرگ در شرایط واقعی و در عمق ۱۰ متری بوده است. همچنین تیم تحقیقاتی توانسته است فناوری را از سلول‌های کوچک آزمایشگاهی به ماژول‌هایی با ابعاد بزرگ‌تر گسترش دهد.
با وجود این، سلول‌های خورشیدی زیرآبی هنوز با موانع مهمی مواجه هستند. تجهیزات باید در برابر خوردگی ناشی از نمک، فشار آب و نفوذ رطوبت مقاومت کنند و هم‌زمان شفافیت بخش‌های عبوردهنده نور را برای مدت طولانی حفظ کنند.
پژوهشگران در مرحله بعد قصد دارند این فناوری را در عمق‌های بیشتر آزمایش کنند تا مشخص شود سلول‌های خورشیدی تا چه فاصله‌ای از سطح آب همچنان می‌توانند برق قابل استفاده تولید کنند. همچنین این تیم تدوین روش‌های استاندارد برای آزمایش فتوولتائیک‌های زیرآبی را دنبال خواهد کرد.
نتایج این پژوهش در نشریه علمی Joule منتشر شده است.
