Ученые Имперского колледжа Лондона разработали фотоэлектрические панели, которые более эффективно преобразуют солнечную энергию в электрическую за счет имитации структуры растительного листа. Это устройство способно к транспирации и отводит излишки тепла от фотогальванического элемента с помощью воды. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Искусственные фотоэлектрические листья (PV-листья) имитируют процесс транспирации — движение воды через органы и ткани растений и ее испарение через листья и стебли. Небольшое количество воды, попадающее в живые листья, используется для нужд фотосинтеза, однако у транспирации есть и другие функции, включая охлаждение листьев, транспорт минеральных веществ и регуляцию осмотического давления в клетках. Деревья способны перемещать воду из почвы к кроне на десятки метров в высоту, и бионические устройства, работающие по тому же принципу, позволяют обойтись без наносов, потребляющих дополнительную энергию.
Исследователи создали биомиметическую транспирационную структуру, состоящую из бамбуковых волокон и гидрогеля для имитации сосудистых пучков и клеток листа, которая заставляет воду пассивно течь из резервуара к солнечному элементу.
Эксперименты показали, что PV-лист может генерировать на 10 процентов больше электроэнергии по сравнению с обычными солнечными панелями, которые теряют до 70 процентов поступающей солнечной энергии в окружающую среду. Это происходит за счет охлаждения фотогальванического элемента примерно на 26 градусов Цельсия при освещенности 1000 ватт на квадратный метр.
При этом часть тепловой энергии, которая отводится от элемента, идет на получение пресной воды, что увеличивает общую эффективность использования солнечной энергии с 13,2 процента до более чем 74,5 процента. По словам ученых, если эта технология будет использована для достижения планов по безуглеродному энергоснабжению к 2050 году, когда глобальная фотоэлектрическая мощность должна достигнуть около 22 тераватт, то возможно будет производить до 40 миллиардов кубометров пресной воды в год.