21. septembra 2026- V rámci významného pokroku v oblasti morskej obnoviteľnej energie výskumníci z Číny a Švajčiarska úspešne demonštrovali perovskitové solárne články schopné fungovať 10 metrov pod hladinou oceánu a generovať dostatok elektriny na nabíjanie lítium-iónových batérií pod vodou. Zistenia zverejnené 11. septembra v časopise Cell PressJoule, predstavujú prvé funkčné overenie ponorených solárnych článkov v hĺbke relevantnej pre praktické aplikácie.
Za plytkými vodami
Po mnoho rokov sa solárna energia využíva na pevnine v zmysle solárnych článkov a súvisiacich technológií, ale získavanie solárnej energie pod vodou je veľmi komplikované. Svetlo vo vode veľmi rýchlo slabne a pod vodou sa objavujú rôzne farby svetla. Predchádzajúce testy týkajúce sa podvodnej solárnej energie boli vykonané do maximálnej hĺbky dvoch metrov, čo je stále ďaleko od toho, aby sa stalo realistickým, pokiaľ ide o skutočnú aplikáciu.
"Veľmi málo štúdií bolo hlásených o podvodných solárnych článkoch a všetky z nich sú zamerané na veľmi plytkú hĺbku vody iba dva metre alebo menej," povedal Wen-Hua Zhang z Yunnan University a Southwest United Graduate School v Kunming v Číne, ktorý viedol štúdiu. "Táto práca predstavuje prvé funkčné overenie ponorených solárnych článkov, ktoré prakticky fungujú v hĺbke vody až asi 10 metrov, čo výrazne rozširuje rozsah ich použitia."
Výskumný tím, ktorý zahŕňal aj výskumníkov zo Švajčiarskeho federálneho technologického inštitútu v Lausanne (EPFL), riešil túto výzvu prostredníctvom stratégie materiálov a zariadení zameranej na perovskitové solárne články so širokým pásmom.
Wide-Bandgap Perovskity: Ladenie pre podvodné svetlo
Výskumníci použili perovskity na báze halogenidu olova s pásmovou medzerou približne 1,96 eV, špeciálne navrhnuté tak, aby absorbovali modré až oranžové svetelné spektrum, ktoré dominuje v hĺbkach 5 až 10 metrov. Kľúčovou inováciou bolo zavedenie hydrochloridu polyhexametylénguanidínu (PHMG) ako kryštalizačnej prísady. Toto aditívum moduluje hladiny energie v perovskitovom materiáli, potláča migráciu halogenidových iónov, znižuje hustotu defektov a zvyšuje faktory kritické pre stabilitu mriežky pre trvanlivú prevádzku pod vodou.
Na presné vyhodnotenie výkonu zariadenia v podmienkach ponorenia tím vyvinul prispôsobený laboratórny systém vybavený prispôsobenými optickými filtrami na simuláciu osvetlenia pod vodou v rôznych hĺbkach.
Pôsobivé metriky výkonu
Výsledky boli zarážajúce. Pri simulovanom 10 metrov hlbokom osvetlení dosiahli ponorené perovskitové solárne články účinnosť premeny energie 34,71 %. Pri štandardnom AM 1,5G solárnom osvetlení dosiahli články účinnosť 17,08 %, pričom najlepšie zariadenia certifikovali 16,79 %.
Výsledky testovania stability boli rovnako optimistické. Zistilo sa, že solárne panely uložené v odkladacej skrinke naplnenej dusíkom počas 300 dní pri izbovej teplote si udržali približne 96 % svojej pôvodnej účinnosti. Po 1 160 hodinách práce v simulovaných podmienkach, ktoré napodobňujú situáciu v hĺbke 10 m, sa navyše nezistil žiadny rozpad. Okrem toho sa prostredníctvom zrýchlených testov starnutia odhadla životnosť T80 na 48 094 hodín (alebo približne 5,49 roka) pri 25 stupňoch v simulovanom ponorenom prostredí.
Z laboratória do Juhočínskeho mora
Tím prešiel od laboratórnej validácie k terénnym štúdiám. Pripravili veľkoplošné perovskitové fotovoltické moduly a integrovali ich do podvodnej robotiky. Systémy boli testované vo výške 2, 6 a 10 metrov vo vodách ostrovov Weizhou v Juhočínskom mori.
Výsledky získané v teréne potvrdili výsledky laboratórnych štúdií s vysokou presnosťou. Hĺbky umožnili získať elektrinu v objeme 1 416 mWh v 2 metroch za časový úsek 2 hodín. Pri 6 metroch toto číslo kleslo na 752 mWh a ďalej na 324 mWh vo vzdialenosti 10 metrov - dosť na nabíjanie lítium-iónových batérií a napájacích LED diód.
"Najviac nás prekvapilo toľko elektrickej energie, ktoré naše veľkoplošné moduly generovali v reálnych podmienkach v hĺbke 10 metrov vody len dve hodiny," povedal Zhang. "Okrem toho sme dosiahli škálovanie z malých laboratórnych buniek na veľké moduly. Kombinácia laboratórnych výskumov a experimentov v teréne poskytuje silný dôkaz pre fungovanie podvodnej fotovoltaiky."
Cesta k sebestačnej morskej energii
Tento objav má veľké dôsledky v rôznych oblastiach. Solárne články ponorené vo vode môžu byť zdrojom nezávislej energie pre nástroje ponorené vo vode, ktoré majú na starosti monitorovanie akvakultúry, komunikačné systémy, autonómne podvodné plavidlá a kamery. Podľa Zhanga môžu ponorené solárne zariadenia umožniť ponorkám a autonómnym podvodným vozidlám dosiahnuť oveľa dlhšie vzdialenosti a dlhšie trvajúce misie ako teraz.
Štúdiu podporili Yunling Scholar z provincie Yunnan a National Natural Science Foundation of China. Zhangov tím plánuje pokračovať v testovaní perovskitových solárnych článkov v hlbších hĺbkach vody, skúmať prevádzkové limity podvodnej fotovoltaiky a zavádzať štandardizované testovacie protokoly pre túto vznikajúcu oblasť.
Vzhľadom na to, že viac ako 70 % povrchu planéty tvorí voda, ťažba slnečnej energie ukrytá pod morom otvára obrovskú nepredvídateľnú cestu výroby zelenej energie. Napriek tomu zostávajúce problémy, ako je biologické znečistenie a dlhodobé vplyvy na morskú ekológiu, ešte musia byť vyriešené, ale úspešná demonštrácia efektívnych podvodných solárnych článkov na 10 metrov je neuveriteľne dôležitým míľnikom smerom k vytvoreniu sebestačných systémov morskej energie.
