Vergessen Sie Sonnenkollektoren. Hier kommen Regenpaneele

In einem möglicherweise bahnbrechenden Durchbruch bei der Energiegewinnung haben Forscher einen Weg gefunden, die durch fallende Regentropfen erzeugte elektrische Energie einzufangen, zu speichern und zu nutzen, was zur Entwicklung von Regenpaneelen auf Dächern zur Stromerzeugung führen könnte.

Frühere Versuche, Strom aus ausbleibendem Regen zu erzeugen, stießen auf spezifische technische Hürden, die oft unmöglich zu überwinden schienen, aber die Forscher hinter dieser neuen Methode sagen, sie hätten eine Lösung gefunden, die solche Regenpaneele endlich genauso beliebt, wenn nicht sogar noch populärer machen könnte Solarplatten.

Ingenieure wissen seit langem um die potenzielle Energieerzeugungsfähigkeit gefallener Regentropfen. Die Idee findet sich bereits in praktischen Anwendungen wie Wasserkraftwerken und Wellenenergie-Sammelsystemen, wo die Bewegung des Wassers Strom erzeugt.

Die Bemühungen, Energie aus fallenden Regentropfen zu gewinnen, stießen jedoch auf eine technische Hürde, die das Konzept ineffizient und unpraktisch machte. Mithilfe eines sogenannten triboelektrischen Nanogenerators (TENG) können Ingenieure die winzige, aber messbare Strommenge sammeln, die von einem fallenden Regentropfen erzeugt wird. Wie zu erwarten ist, ist die Strommenge pro Regentropfen jedoch unglaublich gering.

Bei Technologien wie Solarmodulen (oder sogar den „nächtlichen Anti-Solarmodulen“, die in der Nachbesprechung zuvor behandelt wurden) wird ein ähnliches Problem gelöst, indem eine Reihe einzelner Solarzellen in einem einzigen Schaltkreis kombiniert werden, was zu einem vollständigen Panel von Zellen führt, die sich sammeln können eine größere Energiemenge zusammen. Leider funktioniert dies bei einzelnen Regentropfen-Stromsammelzellen aufgrund eines Phänomens namens „Kopplungskapazität“, das zwischen der oberen und unteren Elektrode jeder Zelle auftritt, einfach nicht. Dadurch ist der Leistungsverlust von Zelle zu Zelle zu groß, was die Idee, ein vollwertiges Regenpaneel zu bauen, scheinbar unmöglich macht.

Jetzt sagt ein Forscherteam, dass sie ein Design und eine Konfiguration gefunden haben, die das Problem der Kopplungskapazität erheblich reduzieren und ihrer Meinung nach energiegewinnende Regenpaneele in die Praxis umsetzen könnten.

„Obwohl D-TENGs über eine extrem hohe Momentanausgangsleistung verfügen, ist es für einen einzelnen D-TENG immer noch schwierig, kontinuierlich Strom für elektrische Geräte im Megawatt-Bereich zu liefern. Daher ist es sehr wichtig, die gleichzeitige Nutzung mehrerer D-TENGs zu realisieren“, sagte Zong Li, einer der Autoren der vorgeschlagenen Methode und Professor an der Tsinghua Shenzhen International Graduate School. „In Anlehnung an das Design von Solarmodulen, bei denen mehrere Solarstromerzeugungseinheiten parallel geschaltet sind, um die Last zu versorgen, schlagen wir eine einfache und effektive Methode zur Energiegewinnung aus Regentropfen vor.“

Um ihr System in die Lage zu versetzen, das Problem der Kopplungskapazität zu überwinden, schlugen Li und sein Team sogenannte „Brücken-Array-Generatoren“ vor, die untere Array-Elektroden verwenden, um den Betrieb der Zellen getrennt zu halten und gleichzeitig die Kapazität zu reduzieren.

Der in der Fachzeitschrift iEnergy veröffentlichte Prozess erscheint vielversprechend und bietet eine neue Möglichkeit, einzelne Zellen in einer Reihenanordnung anzuordnen, die die Energie für praktische Zwecke sammeln und speichern kann.

„Wenn der Tropfen auf die Oberfläche des Panels, die sogenannte FEP-Oberfläche, fällt, wird der Tropfen positiv geladen und die FEP-Oberfläche negativ geladen“, heißt es in der Pressemitteilung, in der die Forschung angekündigt wird. Diese Ladung, erklärt Li, ist so gering, dass sie sich nach einiger Zeit aufzulösen beginnt, was zu einem Energieverlust führt. Durch die Aufnahme ihrer neuen Brückengeneratoren in die Formel hätten sie dieses Problem jedoch gelöst, sagen sie.

„Nach einer langen Zeit an der Oberfläche werden sich die Ladungen auf der FEP-Oberfläche allmählich bis zur Sättigung ansammeln“, sagte Li. „An diesem Punkt ist die Dissipationsrate der Oberflächenladung des FEP im Gleichgewicht mit der Ladungsmenge, die bei jedem Aufprall des Tröpfchens erzeugt wird.“

Nach ihrem anfänglichen Erfolg probierten Li und das Team verschiedene Brückenarray-Generatoren, unterschiedliche Größen von Unterelektroden aus und experimentierten sogar mit der Variation der Größe des Panels selbst. Den Forschern zufolge führte die Erhöhung der Dicke der FEP-Oberfläche „zu einer verringerten Kopplungskapazität bei gleichzeitiger Beibehaltung der Oberflächenladungsdichte, was beides die Leistung des Brückenarray-Generators verbessern könnte.“

Letztendlich, so das Team, habe man sich auf das seiner Meinung nach optimalste Design konzentriert, um Regenpaneele zu einer praktischen Alternative oder Ergänzung zu Solarpaneelen zu machen. Insbesondere schien die Kopplungskapazität dadurch, dass die einzelnen Zellen unabhängig arbeiten und die richtige Oberflächendicke gefunden wurde, die Kopplungskapazität so weit zu reduzieren, dass die Stromgewinnung aus Regenpaneelen möglich wurde.

„Die Spitzenleistung der Brückengeneratoren ist fast fünfmal höher als die der herkömmlichen großflächigen Regentropfenenergie gleicher Größe und erreicht 200 Watt pro Quadratmeter“, erklärte Li, „was seine Vorteile bei großflächigen Generatoren voll zur Geltung bringt.“ Regentropfen-Energiegewinnung in der Region.“

„Die Ergebnisse dieser Studie werden ein praktikables Schema für die großflächige Energiegewinnung aus Regentropfen liefern“, fügte er hinzu.

Christopher Plain ist Science-Fiction- und Fantasy-Autor und leitender Wissenschaftsautor bei The Debrief. Folgen Sie ihm auf X und treten Sie mit ihm in Kontakt, erfahren Sie mehr über seine Bücher auf plainfiction.com oder senden Sie ihm direkt eine E-Mail an [email protected].