Hydroelektráreň na streche? Triboelektrické panely vyrobia elektrinu z dažďa

Vodné elektrárne sú najstarším obnoviteľným zdrojom elektrickej energie a na veľtokoch, alebo s dostatočne veľkým prevýšením hladiny oproti výpustiam turbín dokážu dosiahnuť úctyhodné výkony. Spolu so solárnymi a veternými elektrárňami tvoria najdôležitejšiu trojicu „zelenej“ energetiky.

No ekológom sa nepáčia dopady hrádzí a nádrží na životné prostredie. Výskumníci ale vymysleli nový revolučný spôsob, ako využiť vodnú energiu na výrobu elektriny. Strechy obložené dažďovými panelmi, ktoré dokážu zachytiť energiu z padajúcich dažďových kvapiek, by navyše nemali negatívne dopady na životné prostredie.

Myšlienka zachytávania energie z padajúcich dažďových kvapiek nie je úplne nová. Zavádzaniu dažďových panelov do praxe však bránia technické obmedzenia, najmä skutočnosť, že každá kvapka dažďa vytvorí len malé množstvo energie, ktorú panely zachytia.

Doteraz výskumníci využívali triboelektrické nanogenerátory (TENG), ktoré zbierajú energiu z dažďovej kvapky, keď sa zrazí s panelom.

Triboelektrický efekt, ktorého dobrým príkladom je statická elektrina, spôsobuje, že niektoré materiály pri oddelení od iného materiálu vytvárajú elektrický náboj.

Dažďové kvapky obsahujú množstvo obnoviteľnej energie vrátane kinetickej aj elektrostatickej a jej efektívny zber sa stáva témou výskumov. Nedávno sa preukázalo, že triboelektrický nanogenerátor (TENG) využívajúci kontaktnú elektrifikáciu kvapalina-tuhá látka dosahuje ultravysoký okamžitý výkon.

Pri získavaní energie z hustých dažďových kvapiek namiesto jedinej kvapky je však potrebná racionálnejšia štruktúra na elimináciu vzájomného ovplyvňovania jednotlivých nanogenerátorov pre maximalizáciu výkonu.

Čínski vedci z viacerých inštitúcií v rámci výskumu podporovaného Národnou nadáciou pre prírodné vedy Číny navrhli generátory mostového poľa (bridge array generators, BAG) podobné „solárnemu panelu“. Použitím takzvaných spodných elektród poľa (array lower electrodes, ALE) a štruktúry mostného refluxu (bridge reflux structure, BRS) by generátory BAG mohli minimalizovať prudký pokles špičkového výkonu pre zariadenia na zber energie vo veľkom meradle. Pri ploche zariadenia na zber energie dažďových kvapiek 15×15 cm² dosiahol špičkový výkon BAG-ov 200 W/m². To už je pozoruhodný výsledok pre prípravu komerčnej technológie na efektívny zber energie dažďových kvapiek vo veľkom meradle.

Použitím D-TENG (droplet-based TENG), nového typu nanogenerátora TENG, ktorý výrazne znižuje problém s väzbovou kapacitou u bežných TENG generátorov bude možné vyrobiť dažďové panely schopné zhromažďovať obnoviteľnú energiu z dažďa.

Isté je, že pôjde o extrémne nepravidelný a nestabilný zdroj obnoviteľnej energie pre ťažko prepovedateľnú početnosť a výdatnosť zrážok. Pre distribučné spoločnosti by veľkokapacitné „dažďové farmy“ predstavovali ešte oveľa väčší zdroj nestability ako solárne a veterné elektrárne. Ale všetko sa dá vyriešiť v kombinácii s úložiskami energie. Nakoniec, každý zdroj energie navyše sa počíta.

Štúdia o výskume nových D-TENG nanogenerátorov bola publikovaná v časopise iEnergy.