Նախընտրելի
Չինացի գիտնականները առաջին անգամ բաց ծովում 10 մետր խորության վրա փորձարկել են պերովսկիտային արևային կայանք։ Նույնիսկ այսքան թույլ լուսավորության պայմաններում համակարգը կարողացել է արտադրել էլեկտրաէներգիա, լիցքավորել մարտկոցներ և սնուցել լուսադիոդային վահանակ։ Մշակումը կարող է հիմք դառնալ ստորջրյա ռոբոտների, սենսորների և այլ սարքերի ինքնավար էներգիայի աղբյուրների համար։
Յուննանի համալսարանի թիմի աշխատանքը սեպտեմբերի 11-ին հրապարակվել է Joule ամսագրում։ Հիմնական խնդիրը, որը հետազոտողները պետք է լուծեին, ջրի տակ արևային լույսի կտրուկ փոփոխվող սպեկտրն էր։
10 մետր խորության վրա մնում է արևային լույսի մոտ 10%-ը
Արևային էներգիան ստորջրյա սարքերի համար կարծես ակնհայտ սնուցման աղբյուր է, սակայն գործնականում դրա օգտագործումը զգալիորեն ավելի բարդ է։ Ջուրը արագ կլանում է արևային լույսը, ուստի արդեն 10 մետր խորության վրա հասնում է դրա սկզբնական ինտենսիվության միայն մոտ 10%-ը։
Միևնույն ժամանակ սպեկտրի կարմիր հատվածը, որտեղ սովորական սիլիցիումային արևային տարրերը հատկապես արդյունավետ են աշխատում, գրեթե ամբողջությամբ կլանվում է ջրի կողմից։ Ջրի տակ հիմնականում մնում է կապտականաչ լույսը, և հենց դրա համար էլ հետազոտողները ընտրել են նյութ նոր արևային տարրերի համար։
Թիմը օգտագործել է լայն արգելված գոտի ունեցող՝ մոտ 1,96 էլեկտրոն-վոլտ կապարի հալոգենիդի հիմքով պերովսկիտային ֆոտոտարրեր։ Այդպիսի նյութը կարելի է հարմարեցնել լույսի որոշակի տիրույթի համար, իսկ պերովսկիտներն իրենք ունակ են արդյունավետ աշխատել թույլ լուսավորության պայմաններում։
Սակայն տեխնոլոգիան ունի լուրջ խնդիր․ ծովային ջուրը անբարենպաստ է պերովսկիտային տարրերի համար։ Կոռոզիան, ճնշումը և պաշտպանիչ պատյանի միջով ջրի ներթափանցումը կարող են արագ շարքից հանել դրանք։ Բացի այդ, տարրերում պարունակվող կապարը վնասման դեպքում լրացուցիչ ռիսկ է ստեղծում։
Գիտնականները պաշտպանել են տարրերը ծովային ջրից
Նյութի կայունությունը բարձրացնելու համար հետազոտողները պերովսկիտի մեջ ավելացրել են պոլիհեքսամեթիլենգուանիդին հիդրոքլորիդ՝ PHMG, որը կիրառվել է որպես հավելում՝ բյուրեղացման բարելավման համար։
Արևային տարրն ինքը ստացել է բազմաշերտ պաշտպանություն։ Դրա կազմի մեջ մտել են բուտիլկաուչուկ և պաշտպանիչ ապակի, իսկ արտաքին շերտը դարձել է թափանցիկ էպօքսիդային պոլիմեր։ Այսպիսի կառուցվածքը միաժամանակ պետք է խոչընդոտի ջրի ներթափանցմանը, դիմանա ճնշմանը և պաշտպանի նյութը կոռոզիայից։
Լաբորատոր փորձարկման ընթացքում 0,0895 քառ. սմ մակերեսով փոքր բջիջը 10 մետր խորության լուսավորության իմիտացիայի պայմաններում հասել է էներգիայի փոխակերպման 34,71% արդյունավետության։ 28,79 քառ. սմ մակերեսով ավելի մեծ մոդուլի դեպքում ցուցանիշը կազմել է 29,4%։
Հետազոտողները նաև ստուգել են կառուցվածքի երկարակեցությունը։ Լուսավորված ծովային ջրում 10 մետր խորությանը համապատասխան պայմաններում 1000 ժամ անընդհատ սուզումից հետո տարրը պահպանել է սկզբնական արդյունավետության 99,58%-ը։
Հաշվարկները տվել են էլ ավելի երկարատև գնահատական։ 25 աստիճան Ցելսիուսի դեպքում հաշվարկային T80 ցուցանիշը կազմել է 48 094 ժամ։ Սա նշանակում է, որ տվյալ պայմաններում տարրը տեսականորեն կարող է պահպանել սկզբնական հզորության առնվազն 80%-ը մոտ 5,5 տարվա ընթացքում։
Ստորջրյա ռոբոտը 10 մետր խորության վրա լիցքավորել է մարտկոցը
Միայն լաբորատոր փորձարկումները գիտնականների համար բավարար չէին։ Թիմը փորձարկումներ է անցկացրել Հարավչինական ծովում՝ Վեյչժոու կղզու մոտ, տեղադրելով պերովսկիտային մոդուլներ ստորջրյա ռոբոտի վրա։
Համակարգը աշխատել է երեք խորություններում՝ 2, 6 և 10 մետր։ Երկու ժամ լուսավորության ընթացքում այն կուտակել է համապատասխանաբար 1416, 752 և 324 մՎտ·ժ էներգիա՝ լիցքավորելով լիթիում-իոնային մարտկոցներ։ 10 մետր խորության վրա արտադրված էներգիան բավական է եղել, որպեսզի միացվի լուսադիոդային վահանակը։
Այսպիսով, փորձը ցույց է տվել ոչ միայն առանձին ֆոտոտարրի՝ ջրի տակ աշխատելու կարողությունը, այլև դրանից գործող սնուցման համակարգ հավաքելու հնարավորությունը։
«Նախկին ստորջրյա արևային տարրերը աշխատում էին շատ փոքր խորության վրա՝ ընդամենը մինչև 2 մետր, ինչը շատ հեռու է գործնական կիրառությունից», — նշել է Յուննանի համալսարանի պրոֆեսոր Չժան Վենհուան։ Նրա խոսքով՝ նոր աշխատանքն առաջին անգամ ցուցադրել է սուզված արևային տարրերի աշխատանքը մոտ 10 մետր խորության վրա։
Ինչու են ստորջրյա սարքերին պետք սեփական արևային էլեկտրակայան
Ինքնավար էներգիայի աղբյուրը հատկապես կարևոր է այն տեխնիկայի համար, որը պետք է երկար աշխատի ջրի տակ՝ առանց մշտապես մակերես վերադառնալու կամ արտաքին սնուցման աղբյուրին միանալու։
Աշխատանքի հեղինակները դիտարկում են տեխնոլոգիայի մի քանի հնարավոր կիրառություններ՝ ստորջրյա սենսորներ և դետեկտորներ, տեսախցիկներ, կապի համակարգեր, ռոբոտներ և ստորջրյա ապարատներ։ Արևային մոդուլները կարող են նրանց համար ծառայել որպես մշտապես գործող էներգետիկ հանգույցներ՝ թույլ տալով ավելի երկար մնալ ծովում առանց սպասարկման։
Միևնույն ժամանակ խոսքը դեռ չի գնում լիարժեք ստորջրյա էլեկտրակայանի ստեղծման մասին, որը կկարողանա էներգիայով ապահովել խոշոր օբյեկտներ։ Փորձարկված համակարգը փոքր էր, և դրա խնդիրը տեխնոլոգիայի սկզբունքային աշխատունակությունը իրական ծովային պայմաններում ցուցադրելն էր։
Այնուամենայնիվ փորձը ցույց է տալիս, որ արևային էներգետիկան կարող է աշխատել այնտեղ, որտեղ սովորական արևային վահանակները գրեթե անօգուտ են։ Պերովսկիտը թույլ է տալիս օգտագործել ջրի տակ մնացած կապտականաչ լույսը, իսկ բազմաշերտ պաշտպանությունը լուծում է ծովային ջրի հետ կապված խնդիրների մի մասը։
Եթե տեխնոլոգիան դիմանա հետագա մասշտաբավորմանն ու երկարատև շահագործմանը, ստորջրյա ռոբոտներն ու սենսորները կկարողանան էներգիա ստանալ անմիջապես շրջակա միջավայրից՝ սահմանափակ մարտկոցի պաշարով սարքերից վերածվելով ավելի ինքնավար համակարգերի։
