Команда Юньнаньского университета Китая испытала подводные солнечные батареи на глубине 10 метров в Южно-Китайском море

Репортаж от Wedoany，Исследователи из Юньнаньского университета (Yunnan University) и Юго-Западной объединённой аспирантуры (Southwest United Graduate School) продемонстрировали функциональную подводную солнечную батарею, способную работать на глубине 10 метров (33 фута) в Южно-Китайском море, и подтвердили её работоспособность в реальных условиях на глубине около 10 метров. Ожидается, что срок непрерывной работы этой технологии составит около 5,5 лет, что позволит обеспечить надёжное долгосрочное электропитание удалённых морских систем; исследование показывает, что подводная фотовольтаика в будущем сможет стать жизнеспособным источником питания для подводных датчиков, камер и систем связи.

Этот результат преодолел предыдущий предел. Ранние попытки сбора подводной солнечной энергии ограничивались мелководьем глубиной менее двух метров, где солнечного света ещё достаточно, но практическое применение встречается редко. Автор исследования Чжан Вэньхуа (Wen-Hua Zhang) отметил, что публикаций о подводных солнечных батареях крайне мало, и все они сосредоточены на сверхмелких водах глубиной всего два метра или менее, что совершенно не отвечает потребностям практического применения; данная работа впервые подтвердила работоспособность подводной солнечной батареи в реальных условиях на глубине около 10 метров, расширив область её применения.

Стандартные коммерческие кремниевые солнечные батареи разработаны для улавливания широкого спектра наземного солнечного света, особенно красного и инфракрасного, но под водой теряют большую часть эффективности. Интенсивность подводного солнечного света быстро снижается, что затрудняет сбор энергии подводными солнечными батареями и создаёт препятствия для морского мониторинга, включая аквакультуру. Поэтому команда Чжан Вэньхуа разработала солнечные батареи с широкой запрещённой зоной, оптимизированные для улавливания синего и оранжевого диапазона длин волн, которые лучше всего проникают через морскую воду. Улавливая окружающий свет под волнами, подводные солнечные батареи предлагают решение давней проблемы ограничений электропитания в морских технологиях.

На глубине 10 метров эти батареи всего за два часа выработали 324 милливатт-часа (мВт·ч), чего достаточно для зарядки стандартного литий-ионного аккумулятора. Батарея может обеспечить самоподдерживающееся питание для экологических датчиков, камер наблюдения и коммуникационного оборудования вдали от береговой линии, избавляя от дорогостоящих кабельных соединений и частой замены батарей.

При испытаниях в моделируемых условиях эти специализированные батареи продемонстрировали долговечность: после 300 дней хранения они сохранили около 96% эффективности. Прототип батареи проработал 1 160 часов в условиях, имитирующих глубину 10 метров, вблизи острова Вэйчжоу в Южно-Китайском море, практически без деградации. Чжан Вэньхуа отметил, что больше всего команду удивило то, что крупноформатный модуль в реальных условиях на глубине 10 метров всего за два часа выработал столько электроэнергии. Он также сказал, что команде удалось масштабировать технологию от лабораторных батарей малой площади до крупных модулей; сочетание лабораторных исследований и натурных экспериментов обеспечило убедительные доказательства работы подводной фотовольтаики.

Предстоящие применения по-прежнему сталкиваются с проблемами: батареи должны сочетать высокую долговечность и прозрачность, чтобы оставаться эффективными в течение длительного времени; развёртывание подводной солнечной энергетики также требует преодоления таких экстремальных условий, как коррозионное действие солей, высокое давление и проникновение воды. В дальнейшем команда планирует продвигаться в более глубокие и тёмные воды, чтобы проверить, на какую глубину может опуститься солнечная технология, а также заложить основу для стандартизированных протоколов испытаний подводной фотовольтаики.

Исследование опубликовано в журнале «Joule».