Innowacja inspirowana naturą. Jak porowatość liści pora może poprawić wydajność paneli słonecznych?
Odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna, odgrywają istotną rolę w dążeniu do zrównoważonego rozwoju. Mimo niesamowitego postępu technologicznego jaki dokonał się w ostatnich latach, panele słoneczne nadal borykają się z kilkoma wyzwaniami, które mogą obniżać ich wydajność. Jednym z nich jest zanieczyszczanie powierzchni przez kurz, piasek i inne osady, które z czasem blokują dostęp światła. Jak się okazuje, rozwiązanie tego problemu może pochodzić z samej natury.
Natura przychodzi z pomocą
Zespół badaczy z Uniwersytetu Aalto w Finlandii postanowił sprawdzić, jak wykorzystanie innowacyjnych powłok na modułach PV poprawi żywotność i wydajność urządzenia. W tym celu przyjrzano się bliżej roślinom ogrodowym. Choć zazwyczaj to egzotyczne liście lotosu są źródłem bioinspiracji dla materiałów samoczyszczących, badania wykazały, że liście pora również posiadają niezwykle pożądane właściwości. Dzięki specyficznej mikrostrukturze powierzchni oraz naturalnej warstwie wosku, liście pora mają zdolność do samoczyszczenia. Krople wody łatwo się po nich toczą, zabierając ze sobą brud i pył, co skutecznie oczyszcza ich powierzchnię.
Nowa generacja folii inspirowanych liśćmi pora
W badaniu przedstawiono nowatorskie podejście do wykorzystania tej naturalnej właściwości w celu poprawy wydajności paneli słonecznych. Zespół badawczy zreplikował mikrostrukturę liści pora, która może być stosowana na powierzchniach paneli fotowoltaicznych. Folie te, wytworzone z odnawialnych zasobów (m.in. 5-proc. roztworu octanu celulozy oraz wosku Carnauba), łączą w sobie zarówno właściwości optyczne, jak i samoczyszczące, co przynosi korzyści w kontekście dwóch największych wyzwań: utrzymania paneli w czystości oraz maksymalizacji absorpcji światła.
Woda z deszczu lub rosa z łatwością usuwa kurz i zanieczyszczenia, co zapobiega blokowaniu światła słonecznego. W znaczeniu optycznym, folie wykazują wysoki poziom przepuszczalności światła, co zwiększa ilość energii docierającej do ogniw fotowoltaicznych. Dodatkowo, struktura powierzchni wspomaga zjawisko rozpraszania światła do przodu, co w niektórych technologiach solarowych poprawia wydajność konwersji światła na energię.
Nowa technologia sprawdza się także na ogniwach z perowskitu
Zadowalające wyniki analiz skłoniły naukowców do rozszerzenia swoich badań o nowoczesne ogniwa słoneczne perowskitowe. Również w tym wypadku rezultaty były obiecujące, co sugeruje, że technologie inspirowane naturą mogą odegrać kluczową rolę w przyszłości energii słonecznej. Wykazano między innymi, że nałożenie folii na tego typu ogniwa poprawia względną wydajność o 6%. Szczegółowe estymacje oraz wnioski można odnaleźć w artykule „Bio-inspired surface structures promote optical transmittance and hydrophobicity in cellulose-based films for self-cleaning perovskite solar cells” opublikowanym w „Communications Materials”.
Źródło: communities.springernature.com