雨滴也能发电?功率转化效率85%可与太阳能互补

在降雨等偏暗环境下发电效率偏低是太阳能应用的瓶颈,尤其在南方多雨城市,太阳能发电受到了不小的制约。

雨滴也能发电?功率转化效率85%可与太阳能互补

在2017年全国科技活动周暨北京科技周主场,中科院北京纳米能源与系统研究所展示的“雨滴薄膜发电”技术,瞄准了这一痛点,把降雨利用起来发电。

在现场,研究人员搭建了一个简易木屋,在木屋房顶铺设了雨滴薄膜发电材料——纳米薄膜,并构建了一个封闭电路,用淋浴设备模拟雨滴落在薄膜上。此时,连接了薄膜的LED灯亮了起来。如果在雨滴薄膜下面铺上太阳能板,无论晴天还是雨天都可以发电。

“雨滴发电利用了国际领先的高分子纳米薄膜雨水发电技术,纳米薄膜做成透明状后,透光率可达到90%以上,将其铺设在太阳能电池板上,即可成为下雨时雨滴发电、晴天时太阳能发电的复合能源。”5月20日,在现场,中科院北京纳米能源与系统研究所所长王中林向公众介绍。

“薄膜分为两层,雨水滴到薄膜上之后,两层材料会有一个接触,表面就能通过摩擦感应电荷。雨水不是纯净水,是带电荷的,通过接触之后,一层薄膜吸附正电,另一层薄膜带负电,这就产生了电压,与封闭的回路连接,就产生了电流。”在现场讲解的研究员赵雪娇向记者介绍。

雨滴发电产生的电量多少还在进一步研究中。根据王中林在《自然》发表的论文,通过理论计算,目前另一种以摩擦生电为技术原理的水波能发电装置,一个山东省面积大的薄膜,可以满足当下全球供电需求,但从理论到实际,还有较长的路要走。

雨滴发电稳定性实际上还跟降雨是否持续有关。如果雨持续降下,电流持续不断;如果雨是间断的,那么产生的就是脉冲电流,难以稳定续航。因此,研究团队针对摩擦生电不稳定的情况,专门研究了相应的电路——先把电收集到一个电容器,再导出形成直流稳压的电流,能量转化率可达85%。

根据中科院纳米所的设想,雨滴发电和水波能发电可能会在5年走向产业化,让一些设备实现自供能。以气象观测站为例,在一些多降雨的林区或偏远地区架设气象站,通电、维修都不是很方便,如果雨滴薄膜发电供电稳定,就是一个很好的供电选择。

“关键是提高功率和稳定性,还有材料怎么封装更加有效。”赵雪娇介绍。目前,雨滴发电的功率与太阳能相比还是有差距的,如果能进一步提高功率,太阳能目前应用的场景,雨滴发电都能使用。两种方式结合效率会更高。
 
来自:中国气象局

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