Panourile solare ajung sub apă. Cercetătorii au produs electricitate la 10 metri adâncime cu o tehnologie pe bază de perovskit

Tehnologia folosește celule solare pe bază de perovskit cu halogenuri de plumb, în locul arhitecturii convenționale pe siliciu. În testele de laborator care au simulat condițiile de iluminare existente la 10 metri adâncime, cercetătorii au obținut o eficiență de conversie de 34,71% pentru celulele de mici dimensiuni. Cifra nu înseamnă însă că un astfel de panou ar produce mai multă energie sub apă decât unul aflat la suprafață: la această adâncime ajunge mult mai puțină lumină, iar procentul arată cât de eficient este folosit spectrul disponibil.

De ce funcționează un panou solar la 10 metri sub apă

Lumina se comportă diferit atunci când trece prin apă. Lungimile de undă roșii și infraroșii sunt absorbite relativ repede, iar pe măsură ce cobori la câțiva metri adâncime predomină lumina din zona albastru-verde, aproximativ între 400 și 600 de nanometri. Un panou fotovoltaic clasic, proiectat pentru spectrul complet al luminii solare de la suprafață, nu este optimizat pentru asemenea condiții.

Cercetătorii au rezolvat problema folosind celule perovskite cu bandă interzisă largă, ajustate special pentru spectrul care supraviețuiește la adâncime. Materialul folosit avea un band gap de aproximativ 1,96 electron-volți și a fost modificat inclusiv cu un polimer care contribuie la reducerea defectelor din structura cristalină. În testele de laborator, eficiența în condițiile de lumină simulate pentru 10 metri a ajuns la 34,71%, comparativ cu 17,08% atunci când aceeași tehnologie a fost testată sub iluminare solară standard.

Este importantă însă diferența dintre eficiență și cantitatea totală de energie produsă. Sub apă există mult mai puțină energie solară disponibilă. Procentul ridicat arată că celulele reușesc să valorifice foarte bine lumina albastru-verde rămasă, nu că pot concura, watt pentru watt, cu un panou instalat în plin soare la suprafață.

Perovskitul este oricum una dintre tehnologiile fotovoltaice urmărite cel mai atent în prezent. Playtech a scris despre potențialul uriaș al celulelor pe bază de perovskit și planurile Japoniei de a extinde folosirea lor, materialele fiind considerate promițătoare datorită eficienței și posibilității de a construi celule mai ușoare și mai flexibile.

Testul din mare a produs suficientă energie pentru a încărca baterii

După testele de laborator, echipa a montat module fotovoltaice cu suprafața de aproximativ 115 centimetri pătrați pe roboți subacvatici și le-a coborât în Marea Chinei de Sud, în apropierea insulei Weizhou. Experimentele au fost efectuate la adâncimi de 2, 6 și 10 metri.

Rezultatele au scăzut, previzibil, odată cu adâncimea. La doi metri, modulele au acumulat aproximativ 1.416 miliwatt-oră, la șase metri 752 mWh, iar la zece metri au ajuns la 324 mWh în două ore. Energia a fost stocată în baterii litiu-ion, care au putut ulterior alimenta un mic dispozitiv LED.

Cantitatea este foarte mică în comparație cu necesarul unei locuințe și nu trebuie confundată cu producția sistemelor fotovoltaice comerciale. Pentru comparație, un panou rezidențial modern de aproximativ 400 W poate produce în condiții favorabile aproximativ 1,5–2 kWh într-o zi, după cum Playtech a explicat într-o analiză dedicată producției reale a unui panou fotovoltaic.

Miza cercetării este însă cu totul alta. Panourile subacvatice nu sunt gândite să alimenteze orașe, ci dispozitive care funcționează departe de infrastructura electrică: senzori oceanografici, camere, echipamente de comunicații, sisteme pentru acvacultură și roboți autonomi. Dacă un astfel de dispozitiv își poate încărca bateria direct sub apă, necesitatea recuperării periodice pentru alimentare ar putea fi redusă considerabil.

De la experiment la utilizare reală mai este însă mult

Una dintre marile probleme este durabilitatea. Perovskitul este o tehnologie foarte promițătoare, dar sensibilitatea la apă, oxigen și degradarea în timp rămâne o provocare pentru comercializare. TNO, unul dintre institutele europene care dezvoltă astfel de celule, subliniază că performanțele record ale perovskitelor sunt obținute în mare parte pe dispozitive mici, în laborator, iar trecerea către module comerciale cu durată de viață de zeci de ani este încă în lucru.

În mediul marin apar dificultăți suplimentare: apa sărată poate ataca materialele de protecție, organismele marine se pot depune pe suprafața panoului și pot bloca lumina, iar particulele aflate în suspensie reduc și ele cantitatea de radiație disponibilă. Echipa estimează că tehnologia ar putea fi utilă chiar și la 20–30 de metri, dar aceste adâncimi trebuie confirmate prin experimente pe termen lung în condiții reale.

Cercetătorii au obținut rezultate promițătoare și în testele de stabilitate: celulele și-au păstrat aproximativ 96% din eficiența inițială după 300 de zile de depozitare în condiții controlate și au prezentat degradare redusă după peste 1.100 de ore de iluminare simulată. Acest lucru nu echivalează însă cu ani de funcționare în mare, unde coroziunea și depunerile biologice schimbă radical condițiile.

Tehnologia rămâne, așadar, într-o fază experimentală. Dar demonstrația de la 10 metri arată că ideea de a produce energie solară direct sub apă nu mai este doar o simulare de laborator. Dacă problemele de durabilitate, etanșare și scalare vor fi rezolvate, următoarea generație de senzori și roboți marini ar putea obține o parte din energia necesară fără cabluri către suprafață și fără schimbarea frecventă a bateriilor.