Дрехи с фотоволтаик топлят през зимата и охлаждат през лятото (Графика)

Така изглеждат принтираните фотоволтаици

Ултратънките модули са принтирани с полупроводникови мастила и могат да се лепят за тъканта

Край на студуването през зимата и на непоносимите жеги през лятото. Край на треперенето колко дълго ще издържи батерията на дрона.

Учени създават ултратънки гъвкави фотоволтаични панели, които могат да използват светлина от слънцето дори там, където доскоро изглеждаше невъзможно – за удължаване обхвата на дронове или за отопление и охлаждане на дрехи в зависимост от времето и нуждите ни. Научна фантастика? Не! Облекла и приложения, базирани на ултралеки гъвкави “подвижни” слънчеви панели, могат да станат реалност по-скоро, отколкото си мислите. Някои от последните разработки в тази посока са доста обещаващи.

Неотдавна инженери от Масачузетския технологичен институт (MIT) съобщиха, че са разработили ултратънки гъвкави слънчеви клетки, които могат да се прилепватт към здрави тъкани и така да ги превърнат в източник на енергия. Според информацията на учените иновативните слънчеви клетки, разработени от тях, са

по-тънки от човешки косъм, по-леки от конвенционалните слънчеви панели и генерират 18 пъти повече мощност на килограм

Създателите обясняват, че тайната е в технологията – слънчевите клетки се създават чрез печат от полупроводникови мастила.

Тъй като са тънки и леки, могат да бъдат ламинирани върху неизползвани доскоро повърхности, обясняват инженерите от MIT. Например – да бъдат интегрирани в платната на лодка, за да осигурят захранване, докато платноходката е в морето, да бъдат залепени върху палатки и брезенти или положени върху крилата на дронове, за да удължат и разширят обхвата на полетите.

“Тази лека соларна технология може лесно да се интегрира с минимални нужди от монтаж”, обобщават иноваторите.

Досега измерванията, използвани за оценка на новите технологии за слънчеви клетки, обикновено се ограничават до ефективността ѝ на преобразуване на енергия и цената ѝ за ват. “Също толкова важна обаче е възможността за интегриране, тоест лекотата, с която новата технология може да бъде адаптирана”, обяснява в Small Methods Владимир Булович от Изследователската лаборатория по електроника в MIT. Затова вече няколко години екипът работи в тази посока.

Известно е, че

традиционните силициеви слънчеви клетки са крехки

За да са добре защитени, те се покриват със стъкло и се поместват в тежка дебела рамка. Това ограничава възможностите за разполагането им, казват от MIT. Затова през 2016 г. екипът на ONE Lab произвел ултратънки слънчеви клетки, като използва нов клас тънкослойни материали. Те са толкова леки, че могат да стоят върху сапунен мехур, демонстрираха иноваторите от MIT в Organic Electronics.

Технологията обаче изисква сложни процеси, които може да са скъпи и да се окажат предизвикателство за по-масово производство. Тогава измислят алтернатива - тънки слънчеви клетки, отпечатани със специално мастило, с което може да се постигнат по-големи мащаби на производство.

Използват се наноматериали под формата на печатни електронни мастила. Експериментите се извършват в специалната лаборатория на MIT за изследване на нанотехнологии MIT.nano.

Покритието върху слънчевата платка е дебело само 3 микрона

и се прави със специална машина. След това с техника, подобна на ситопечат, с която се печата върху копринени повърхности, се нанася електрод, който завършва тънкия соларен модул. След отлепването на отпечатания модул от пластмасовия субстрат се получава ултралеко слънчево устройство с дебелина около 15 микрона.

Иноваторите обаче са наясно, че подобни тънки слънчеви модули могат лесно да се скъсат, ако няма нещо, към което да бъдат прикрепени. За да се справи с това предизвикателство, екипът на MIT решава, че тъканите са добро решение за залепване на слънчевите клетки. Това може да осигури устойчивост и гъвкавост с малко добавено тегло.

Така открили плат, който тежи само 13 грама на квадратен метър, известен в търговската мрежа като Dyneema. “Тази тъкан е направена от влакна, които са толкова здрави, че са били използвани като въжета за вдигане на потъналия круизен кораб Costa Concordia от дъното на Средиземно море”, обясняват от MIT. Соларните модули се прилепват към тази тъкан с тънък слой UV - втвърдяващо се лепило с дебелина само няколко микрона.

“Може да изглежда по-просто да отпечатате слънчевите клетки директно върху тъканта, но това би ограничило избора на възможни тъкани само до такива, които са химически и термично съвместими с целия етап на производство. Затова нашият подход е да отделим производството на слънчеви клетки от крайното им интегриране към друг материал”, обяснява един от изследователите - Мейоран Сараванапаванантам.

Тестовете показали, че

ултратънкият фотоволтаик може да генерира 730 вата мощност на килограм, когато е свободно стоящ, и около 370 вата на килограм, ако се разположи върху здрава тъкан,

каквато е Dyneema. Това е около 18 пъти повече мощност на килограм, отколкото конвенционалните слънчеви клетки.

“Типичната слънчева инсталация на покрива в Масачузетс е около 8000 вата. За да генерират същото количество енергия, нашите платнени фотоволтаици биха добавили само около 20 килограма към покрива на една къща”, казва Сараванапаванантам.

Изследователите тествали и издръжливостта и установили, че дори след навиване и развиване на гъквавия слънчев панел повече от 500 пъти, клетките запазват повече от 90% от първоначалните си възможности за генериране на енергия.

Все пак учените установили, че за да предпазят своето творение от негативни природни въздействия, каквато е влагата например, трябва да го обвият и в друг материал. Тъй като сега познатите обвивки са прекалено тежки, изследователите опитват да разработят ултратънки опаковъчни решения, които да не увеличат драстично теглото на иновативния материал.

“Работим, за

да премахнем възможно най-голяма част от материала, който не е слънчево активен,

като същевременно запазим формата и производителността на свръхлеките и гъвкави слънчеви структури.

Вече знаем, че производственият процес може да бъде рационализиран чрез отпечатване на свободни субстрати, подобно на процеса, който използваме, за да произведем другите слоеве. Това би ускорило пътя на тази технология на пазара”, казва Йеремия Муаура от изследователската леборатория по електроника в MIT.

Това не е единственият път, в който учени опитват да използват слънчевата енергия извън обичайните сега сфери - там, където е нужна лекота и гъвкавост.

Инженери, химици и специалисти по материалите в университета Nankai описват подробно в сп. Science система от гъвкави минипанели, захранвани от слънцето, които могат да се “вградят” в тъкан. Тайната е в няколко компонента, интегрирани в микрофибър, които осигуряват целодневна терморегулация на телесната температура при промяна на външните температури.

Новото, което предлагат учените, е двупосочна терморегулираща система, която се захранва от слънчевата светлина. Технологията съчетава гъвкави соларни миниелементи, изработени от органични материали, със специално устройство, което може да загрява или охлажда. Като резултат енергията, получена от слънцето, захранва устройството, което се адаптира към промените в температурата на околната среда. С други думи, енергията, получена от слънчевите минитела в облеклото, топли, когато е студено, но може и да охлажда, когато навън е горещо.

Изследователите се опират на предишна иновация за създаване на метатъкани, базирани на микрофибър, които могат да осигурят охлаждане през деня. Новото е, че комбинират гъвкавите слънчеви клетки с електрокалорична технология, за да създадат тъкан на основата на микрофибър, която може да се използва масово.

В сърцето на новата тъкан е органичен фотоволтаичен модул, комбиниран с двупосочно електрокалорично устройство. Тъй като и двете са гъвкави, полученото устройство може да бъде интегрирано в тъкан, използвана за направата на дрехи. Двупосочността на устройството гарантира, че дрехите могат да осигурят топлина или хлад в зависимост от времето.

Тестовите дрехи, направени с новата технология, са обещаващи, смятат изследователите. Те отчитат, че иновативните тъкани реагират бързо на промени в температурата на околната среда. Измерванията показали, че дрехите, направени от тях, са в състояние да осигурят на човека, облечен с тях, около 10 калории охлаждане и над 3 калории отопление. Самите дрехи са в състояние да поддържат температурата на кожата в топлинен диапазон от 32°C до 36° по Целзий, дори когато температурата навън се променя от 12,5°C до 37,6°C.

Иновативната разработка привлича със своята “самодостатъчност”. Тя черпи енергия само от светлината на слънцето, без да има нужда от външни източници. Това ще преодолее недостатъци на терморегулиращите облекла, които използват пасивни и активни системи. Пасивните системи разчитат на материали, които предлагат еднопосочно регулиране на температурата. Активните системи опитват да добавят нагревателни или охлаждащи елементи, но повечето такива продукти се нуждаят от голяма мощност или са твъде обемисти, което ги прави непрактични за всекидневна употреба.

ПОКАЖИ КОМЕНТАРИТЕ
Храната, която топи мазнините на корема
Най-странните фетиши в секса
Училищни конфликти – съвети за родители
АББА проправя пътя на шведската музика на международната сцена
Рейки – енергията, която лекува

Напишете дума/думи за търсене