Britský výzkumný tým vyvinul koncept FV listu, který dokáže vyrábět elektřinu, vodu a tepelnou energii v jediném zařízení. Systém inspirovaný listem se zakládá na biomimetické transpirační vrstvě (BT). Ta ochlazuje vestavěnou FV jednotku a využívá přebytečné

Britský výzkumný tým vyvinul koncept FV listu, který dokáže vyrábět elektřinu, vodu a tepelnou energii v jediném zařízení. Systém inspirovaný listem se zakládá na biomimetické transpirační vrstvě (BT). Ta ochlazuje vestavěnou FV jednotku a využívá přebytečné teplo z článku k výrobě vody a tepelné energie.

Výzkumníci z Imperial College London vyvinuli nový koncept fotovoltaického listu (FV-leaf), který vyrábí elektřinu, tepelnou energii a vodu.

Ve studii „High-efficiency bio-inspired hybrid multi-generation photovoltaic leaf“, publikované v Nature Communications, výzkumný tým popsal systém jako hybridní vícegenerační fotovoltaický list založený na biomimetické transpirační struktuře vyrobené z bambusových vláken naskládaných na sebe a hydrogelových buněk.

Biomimetická transpirační (BT) vrstva o tloušťce 1 mm pasivně přemísťuje vodu ze samostatné vodní nádrže do solárního článku o rozměrech 10 cm × 10 cm umístěného na horní straně konstrukce. Voda přitékající na článek dokáže snížit jeho provozní teplotu a tím zvýšit jeho účinnost a přebytečné teplo se využije k výrobě vody a tepelné energie. FV list se chrání pouze 0,7 mm silnou vrstvou skla s vysokou propustností.

Struktura využívá vaskulární hydrofilní svazky vláken, které rovnoměrně distribuují vodu skrz FV-list. Hydrogelové buňky se používají k napodobení cévních svazků a buněk houby. „Ve vrstvě BT je asi 30 větví svazků bambusových vláken homogenně zapuštěno do hydrogelových buněk superabsorpčního polymeru (SAP) polyakrylátu draselného. A distribuuje tak vodu po celé ploše pokryté vrstvou BT,“ vysvětlili vědci a dodali, že okraje větví vláken se spojí a namočí do vody.

Koncept víceúčelového FV listu

Vědci měřili výkon systému za standardních světelných podmínek a porovnávali jej s referenčním samostatným fotovoltaickým článkem chlazeným přirozenou konvekcí vzduchu. Zjistili, že list FV dosáhl teploty 43,2 °C, zatímco teplota referenčního článku dosáhla 68,8 °C. „Teplota neizolované vodní nádrže je blízká teplotě okolí a má mírný vliv na chladicí výkon,“ uvedli.

FV list dosáhl účinnosti přeměny energie 15,0 %, napětí naprázdno 0,63 V a faktor plnění 0,77. Referenční článek naproti tomu dosáhl účinnosti 13,2 %, napětí naprázdno 0,58 V a faktoru plnění 0,75.

Akademici také uvedli, že kapitálové náklady na dodatečné komponenty požadované FV-listem jsou přibližně 24 Kč/m². Což představuje přibližně 2 % nákladů na konvenční solární panely. Doba návratnosti dodatečných komponent se odhaduje na méně než půl roku. „Koncept FV-listu lze převádět na větší kolektory, za nimiž mohou být i větší solární elektrárny komerční velikosti rozděleny do několika malých oblastí přidělených samostatným, propojeným FV-listům,“ dodali s odkazem na jejich možné aplikace v skutečné projekty.

„Ve srovnání s předchozími studiemi transpiračního chlazení řešení v této práci nevyžaduje čerpadlo, řídicí jednotku, drahé porézní materiály. A ochladí cílový povrch na výrazně nižší teplotu. Což je vhodné pro vícegenerační aplikace stejně jako aplikace tepelného managementu pro FV články,“ uvedla britská skupina s tím, že systém může místo sladké vody používat také mořskou vodu. ,,Výsledky simulace ukazují, že FV-leaf má lepší transpirační výkon v horkém a suchém klimatu."

Akademici také tvrdí, že zařízení může generovat dalších 1,1 l/h/m² sladké vody při slunečním záření 1 000 W/m². Domnívají se také, že systém může také používat mořskou vodu místo sladké vody. „Výsledky simulace ukazují, že FV-leaf má lepší transpirační výkon v horkém a suchém klimatu,“ zdůraznili.

Zdroj: pv-magazine, TowPoint