Tidligere forsøg på at generere strøm fra regn blev mødt af tekniske udfordringer, som ofte så ud til at være umulige at løse. Men forskerne bag den nye metode mener, de har fundet en løsning, der kan gøre regnpaneler lige så populære som solpaneler. Måske kan de endda ende med at blive endnu mere populære.
Regnpaneler lider under tekniske begrænsninger. Ingeniører har længe kendt til potentialet i energiproduktion fra faldende regndråber. Idéen anvendes allerede i praksis, som i vandkraftværker og bølgeenergianlæg, hvor vandets bevægelse genererer elektricitet.
Men forsøgene på at indsamle energi fra faldende regndråber er blevet mødt af en teknisk barriere, der gjorde konceptet ineffektivt og upraktisk. Ved at bruge noget kaldet en triboelektrisk nanogenerator (TENG) kan ingeniører indsamle den lille, men målbare mængde elektricitet fra en faldende regndråbe. Dog er mængden af strøm per regndråbe utrolig lille.
I teknologier som solpaneler overvindes et lignende problem ved at kombinere en serie af individuelle solceller i en enkelt kreds, hvilket resulterer i et fuldt panel af celler, der kan indsamle en større mængde energi sammen.
Desværre fungerer dette ikke for individuelle regndråbeceller på grund af et fænomen kaldet 'koblingskapacitans', der opstår mellem de øvre og nedre elektroder i hver celle. Dette resulterer i for stor tabt af strøm fra celle til celle, hvilket gør idéen om at bygge et fuldt regnpanel umuligt.
Men nu siger et hold af forskere, at de har fundet et design og en konfiguration, der reducerer problemet med koblingskapacitans betydeligt. Derfor hævder de, at det kunne gøre energiopsamlende regnpaneler til en praktisk realitet. Det skriver The Debrief.
"Selvom D-TENG'er har en høj øjeblikkelig udgangseffekt, er det stadig vanskeligt for en enkelt D-TENG kontinuerligt at levere strøm til elektrisk udstyr på megawatt-niveau. Derfor er det meget vigtigt at realisere samtidig anvendelse af flere D-TENG'er," sagde Zong Li, der er en af forfatterne bag den foreslåede metode og professor ved Tsinghua Shenzhen International Graduate School.
"Med henvisning til designet af solpaneler, hvor flere genereringsenheder er forbundet parallelt for at levere strøm, foreslår vi en simpel og effektiv metode til energiopsamling fra regndråber."
For at deres system kan overvinde problemet med koblingskapacitans, foreslog Li og hans team noget kaldet 'broarraygeneratorer', som bruger nedre arrayelektroder til at holde cellerne adskilte, mens de reducerer kapacitansen.
Processen, der er offentliggjort i tidsskriftet iEnergy, ser lovende ud. Den tilbyder en ny måde at arrangere individuelle celler i en serie, der kan indsamle og lagre energi til praktisk brug.
"Når dråben falder på panelets overflade, kaldet FEP-overfladen, bliver dråben positivt opladt, og FEP-overfladen negativt opladt," lød det i en pressemeddelelse, der offentliggjorde forskningen.
Denne opladning, forklarede Li, er så lille, at den efter noget tid vil begynde at forsvinde, hvilket fører til energitab. Ved at tilføje deres nye broarraygeneratorer til formlen hævder de at have overvundet dette problem.
"Efter lang tid på overfladen vil ladningerne på FEP-overfladen gradvist akkumulere til mætning. På dette tidspunkt er dissipationsraten for FEP-overfladens ladning i balance med mængden af ladning genereret ved hver dråbes påvirkning," sagde Li.
Efter deres første succes forsøgte Li og teamet forskellige broarraygeneratorer, forskellige størrelser af sub-elektroder og eksperimenterede endda med forskellige størrelser af selve panelet.
Ifølge forskerne førte en øgning i tykkelsen af FEP-overfladen til nedsat koblingskapacitans, samtidig med at overfladens ladningstæthed blev opretholdt. Begge dele kunne forbedre ydeevnen for broarraygeneratoren.
Omdannelse af proces til praktisk energiindsamling og -lagring
Holder mener, at de har fundet det mest optimale design, som gør regnpaneler til et praktisk alternativ eller supplement til solpaneler. Især at få de individuelle celler til at fungere uafhængigt og finde den rette overfladetykkelse synes at have reduceret koblingskapacitansen nok til at gøre energiindsamling fra regnpaneler levedygtig.
"Spidseffekten fra broarraygeneratorerne er næsten 5 gange højere end den konventionelle regndråbeenergi i stor skala af samme størrelse, hvilket når op på 200 watt per kvadratmeter, hvilket fuldt ud viser dens fordele ved indsamling af regndråbeenergi i stor skala," lød det.
"Resultaterne af denne undersøgelse vil tilbyde en gennemførlig løsning for indsamling af regndråbeenergi."
