Ideea transformării picăturilor de ploaie în energie electrică nu pare atât de incredibilă în contextul căutării constante de noi surse alternative de energie regenerabilă . În China, o abordare bazată pe fenomene fizice cunoscute ar putea schimba totul. Studiul pe care urmează să îl prezentăm se concentrează asupra modului în care se poate utiliza energia cinetică a apei care cade.
Cuprins
Această abordare se bazează pe o arhitectură care integrează rezervorul de apă în sistem, înlocuind suporturile rigide și metalele grele. Primele teste efectuate în cadrul acestui studiu chinezesc arată date importante pentru dezvoltarea în continuare a tehnologiei de transformare a picăturilor de ploaie în energie electrică folosind construcții ușoare și ieftine .
Ce este sistemul care transformă picăturile de ploaie în electricitate și cine l-a creat?
Studiul, publicat în revista National Science Review, descrie activitatea unui grup de oameni de știință de la Universitatea de Aeronautică și Cosmonautică din Nanjing. Propunerea se bazează pe sistemul W-DEG (Water-integrated Droplet Electricity Generator) — un generator plutitor care transformă energia picăturilor de ploaie care cad în energie electrică.
Dispozitivul W-DEG nu necesită structuri rigide și rămâne la suprafață, ceea ce asigură o utilizare flexibilă în lacuri, rezervoare sau zone de coastă. Pe suprafața sa superioară se află o peliculă dielectrică. Când o picătură cade pe acest strat, redistribuirea sarcinilor generează un impuls electric.
Apa însăși acționează simultan ca suport mecanic și electrod inferior. Această combinație contribuie la transformarea stabilă a energiei în curent electric. Ionii prezenți în mediul lichid funcționează ca purtători de sarcină și sporesc performanța sistemului .
Studiul subliniază că o astfel de configurație elimină necesitatea utilizării materialelor grele . Greutatea totală este redusă cu optzeci la sută în comparație cu structurile metalice tradiționale, iar costurile sunt reduse la jumătate.
Fiecare picătură poate genera tensiuni de vârf de aproximativ 250 de volți, comparabile cu tensiunile generatoarelor cu împământare solidă. Potrivit profesorului Wangling Guo, șeful grupului: „Permitând apei să îndeplinească atât funcții structurale, cât și electrice, se deschide o nouă modalitate de producere a energiei electrice din apa de ploaie”.
O altă caracteristică a construcției sunt orificiile microscopice de drenaj. Acestea permit scurgerea apei acumulate în timpul ploilor puternice. Această măsură menține curățenia peliculei dielectrice și previne interferențele în transferul de sarcină.
Construcția beneficiază, de asemenea, de tensiunea superficială a apei, care menține structura la impact și favorizează răspândirea picăturilor.
Funcționarea și arhitectura W-DEG
Dispozitivul se bazează pe o schemă cu trei componente: electrod superior, strat dielectric și masă inferioară de apă . Secvența începe cu impactul picăturii asupra peliculei.
Presiunea rezultată, combinată cu incompresibilitatea apei, contribuie la extinderea picăturii pe suprafață. În același timp, ionii prezenți în mediul lichid închid circuitul electric. Mecanismul include:
Pelicula dielectrică: reflectă redistribuirea sarcinilor.
Rezervor de apă: acționează ca electrod inferior și suport fizic.
Microdrenaj: direcționează excesul de apă în jos.
Comportamentul apei are o importanță crucială. Tensiunea sa superficială stabilizează pelicula dielectrică în momentul impactului, iar compoziția ionică asigură o conductivitate suficientă.
Rezultatul este un sistem de semnale repetitive, potrivit pentru alimentarea dispozitivelor de mică putere. Combinația dintre impact și inducția electrostatică permite transformarea picăturilor de ploaie în energie electrică în diferite condiții naturale.
Testele au fost efectuate pe un prototip cu o suprafață de 0,3 metri pătrați. Acest model a reușit să alimenteze simultan cincizeci de diode electroluminiscente și să încarce condensatoare mici în câteva minute. Performanța a rămas stabilă la diferite temperaturi și niveluri de salinitate, chiar și în apa lacului, care conține urme de depuneri biologice.
Domenii posibile de aplicare a acestui sistem, care transformă picăturile de ploaie în energie electrică.
Construcția plutitoare W-DEG deschide posibilități de aplicare în zone în care instalarea echipamentelor tradiționale este limitată. După cum s-a menționat deja, aceasta nu necesită sol sau platforme rigide, ceea ce simplifică amplasarea sa în rezervoare, canale sau zone de coastă.
Construcția modulară permite adăugarea de blocuri pentru a crește capacitatea de colectare a datelor. Studiul propune integrarea în sisteme ecologice pentru măsurarea salinității, poluării sau calității apei. De asemenea, sunt luate în considerare următoarele conexiuni:
- Alimentarea cu energie electrică a senzorilor din zone îndepărtate.
- Sisteme de comunicații cu consum redus de energie.
- Microiluminare în zone cu precipitații frecvente.
Această abordare nu este destinată să înlocuiască tehnologiile eoliene sau solare . Funcția sa le completează , în special în zilele ploioase, când producția de energie fotoelectrică scade. Transformarea picăturilor de ploaie în energie electrică devine o alternativă pentru rețelele energetice distribuite sau pentru satisfacerea unor nevoi energetice specifice.
În cele din urmă, printre probleme se numără variabilitatea dimensiunii și vitezei picăturilor, care poate afecta stabilitatea funcționării. Durabilitatea filmelor dielectrice în mediu deschis necesită îmbunătățiri suplimentare. De asemenea, sunt necesare strategii de stocare care să compenseze intermitența asociată precipitațiilor.
