Устройство, которое может преобразовывать в
электрическую энергию одновременно энергию солнечных лучей и энергию ветра,
может стать источником энергоснабжения "умных городов" будущего,
которые при помощи компьютеров и электроники сами контролируют и управляют
собственной инфраструктурой, предоставляемыми населению услугами и т.п. В
идеальном варианте все это должно приводиться в действие энергией, черпаемой из
экологически чистых возобновляемых источников, таких, как Солнце и ветер.
Солнечная энергия может быть получена при помощи крыш, стен и даже окон зданий,
которые за счет специального покрытия выступают в роли солнечных батарей.
Однако в городской среде большое количество энергии
ветра "проходит мимо", ведь традиционные ветряные генераторы не очень
хорошо подходят для их использования в условиях средних и больших городов.
Ученые из Пекинского института наносистем и
наноэнергетики (Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems), совместно с
учеными из Технологического института Джорджии (Georgia Institute of
Technology) разработали плоское устройство, которое способно превращать в
электричество энергию Солнца и ветра одновременно. Роль ротора традиционного
электрического генератора играет элемент, основанный на трибоэлектрическом
эффекте, эффекте, стоящим за появлением обычного статического электричества.
Этот эффект заключается в том, что когда два разных материала многократно
касаются и отдаляются друг от друга, один из материалов "крадет" электроны
у другого, что приводит к появлению электростатического заряда и разности
потенциалов.
Экспериментальный гибридный генератор
В созданном учеными устройстве трибоэлектрический
нано-генератор совмещен с традиционными кремниевыми солнечными батареями.
Генератор состоит из слоев пластика и фторопласта (тефлона), разделенных тонким
воздушным промежутком. Когда ветер ударяет по поверхности этого устройства,
пластмассовая пленка колеблется, касаясь поверхности тефлона и вырабатывая
электричество.
Прототип гибридного энергетического устройства имеет
длину 120 миллиметров и ширину - 22 миллиметра, другими словами, оно размером с
шоколадный батончик. Стройными рядами или слоями таких устройств, толщина
которых составляет всего 4 миллиметра, можно покрывать крыши, стены зданий,
офисных и производственных помещений.
Экспериментальный генератор смог выработать 8 мВт
мощности из солнечной энергии и 26 мВт из энергии ветра. В принципе, такой
мощности достаточно для того, чтобы зарядить средненький литий-ионный
аккумулятор от напряжения 0.2 В до 2.1 В всего за 10 минут. Более того, этих
милливатт мощности достаточно для обеспечения работы миниатюрных датчиков
температуры, влажности и других датчиков, которые могут входить в состав
системы "умного дома".
В своей дальнейшей работе исследователи планируют
модернизировать гибридный генератор так, чтобы он при работе выдавал постоянное
напряжение в 5 Вольт и с переменной силой выходящего тока. Такое достаточно
высокое напряжение уже без особых затруднений можно использовать напрямую или
преобразовывать в другие формы электрического тока.
