Як урок, винесений з квітів лотоса, може дати нам самоочисні сонячні панелі

З якою б інженерною проблемою ви не зіткнулися, якою б високотехнологічною вона не була, цілком можливо, що еволюція вирішила її мільйони років тому. Це основна ідея біомімікрії – дизайнерської філософії вирішення людських проблем шляхом імітації конструкцій та концепцій, що вже існують у природі. Біомімікрія вже дала нам все: від вітрогенераторів, змодельованих за зразком горбатих китів, до роботів, натхненних геконами, для прибирання космічного сміття.

• Сила самоочищення
• Видалення 98% частинок пилу

Тепер міжнародна група дослідників вважає, що вони знайшли ще одну проблему, для вирішення якої можна використати природний метод спроб і помилок: Складне питання про те, як найкраще видалити пил з сонячних панелей, щоб зберегти їх ефективність і здатність поглинати світло.

Попередня Наступна

“Підтримка чистоти вікон, автомобілів та інших поверхонь є дуже складним завданням в запилених середовищах, таких як пустеля”, – розповів Digital Trends Яір Кауфман, науковий співробітник Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі, чия група вивчає молекулярні взаємодії між інтерфейсами, – “Однак, рослини, що ростуть на сонячних батареях, здатні видаляти пил. “Однак є рослини і комахи, які роблять це без особливих зусиль. [У нашій останній роботі ми пояснюємо так званий механізм “самоочищення”, який використовується цими рослинами і комахами, щоб залишатися без пилу”.

Сила самоочищення

Одним із прикладів рослини, що самоочищується, яку розглядала команда, була квітка лотоса. Квітка лотоса є, мабуть, найвідомішою в природі рослиною, що самоочищається, з “ефектом лотоса”, який є результатом ультрагідрофобності її листя. Квітка лотоса має тонкий восковий гідрофобний наліт, який відштовхує воду, а також пил і патогенні мікроорганізми.

“Під час механізму самоочищення крапля води ковзає по поверхні, і коли вона ковзає, крапля відокремлює [і очищає] частинки від поверхні”, – пояснив Кауфман. “Тим не менш, як ми всі знаємо, коли наші вікна брудні, часто недостатньо просто помити їх водою. Часто доводиться використовувати мило і дряпати вікна. [Як ми виявили, нанотекстура, яка покриває ці самоочисні рослини… зменшує сили, які прикріплюють частинки пилу до поверхні, що полегшує краплям видалення пилу з поверхні”.

Такий же ефект спостерігається у деяких комах, які не здатні ретельно очищати всі частини свого тіла, наприклад, у метеликів і бабок.

Технології самоочищення досліджувалися і раніше. Однак, здебільшого ці дослідження були зосереджені на здатності виганяти

Намагаючись знайти відповідь, дослідники підготували чотири матеріали на основі кремнію, які можуть бути використані в якості покриття для сонячних панелей. Серед них – гладка гідрофільна поверхня, нанотекстурована гідрофільна поверхня, гладка гідрофобна та нанотекстурована гідрофобна поверхні. Це було здійснено шляхом мокрого хімічного травлення поверхні з метою створення нанодротів на поверхні. Потім дослідники додатково нанесли гідрофобне покриття.

“Найважливішим завданням було визначити походження сили, яка відриває частинки від поверхні”, – сказав Кауфман. “Ще більше спантеличив той факт, що, коли ми уважно подивилися на те, як краплі води очищають поверхні, ми помітили, що частинки пилу фактично видаляються задньою частиною краплі, тобто коли краплі води залишають поверхню, а не передньою частиною краплі. Щоб вирішити ці проблеми, ми використали атомно-силовий мікроскоп для вимірювання молекулярних сил між частинками пилу та сонячними панелями. Потім ми теоретично проаналізували ці сили і вивели відносно прості рівняння, які дозволяють проектувати самоочищаються сонячні панелі в майбутньому”.

Видалення 98% частинок пилу

Найефективніша з протестованих командою поверхонь – супергідрофобна нанотекстурована поверхня на основі Si – змогла видалити масивні 98% частинок пилу. В результаті інженери, які брали участь у проекті, вважають, що модифікація поверхні сонячних панелей таким чином може бути використана для значного збільшення потенціалу додатків для збору сонячної енергії за рахунок видалення пилу.

“Пил є великою проблемою для сонячних панелей, – сказав Кауфман. “Наприклад, подивіться, що сталося з марсоходом Opportunity, коли він зіткнувся з пилом на Марсі. Пил на Марсі повільно покрив його сонячну панель, що просто “вбило” марсохід. На жаль, цей приклад показує, що пил може вбити проект, який коштує мільярди доларів. Тут, на Землі, пил в пустелі блокує сонячні панелі протягом декількох годин або днів. Цей пил часто знижує потужність, яку можуть генерувати сонячні панелі, на 30% – 80%. Тому, щоб зберегти ефективність цих сонячних панелей, їх потрібно часто чистити”.

Хоча до можливої комерціалізації потрібно ще багато чого зробити, це, тим не менш, надзвичайно перспективна робота. І – разом з дослідниками Табеа Хекенталер, Сумешем Садхуджаном, Яковом Моргенштерном, Пракашем Натараджаном, Мухаммадом Башуті та Яїром Кауфманом – ми маємо подякувати матінку-природу.

Рекомендації редакції

• Напівпрозорі сонячні батареї можуть забезпечити енергією самодостатні теплиці завтрашнього дня
• Немає сонця? Не біда – ця сонячна панель збирає енергію і з дощових крапель
• “Омніфобне” покриття дисплея смартфона відштовхує все, від води до арахісового масла
• Нові надтонкі, надміцні волокна MIT можуть зробити майбутні бронежилети міцнішими
• Нова самовідновлювальна гума Гарварду може означати кінець дороги для спущених шин

Source: digitaltrends.com