محققان دانشگاه تسینگهوا در چین، با به‌کارگیری یک پنل خاص که در سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شود، به پیشرفت قابل توجهی در تولید برق از آب باران دست یافته‌اند. این رویکرد نوآورانه به چالش‌های موجود در افزایش تولید برق مبتنی بر قطرات باران پایان خواهد داد.

از آنجاکه امروزه در تلاش برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی هستیم، یافتن روش‌های جدید برای استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر بسیار مهم است. در این میان، قطرات باران با انرژی جنبشی خود، پتانسیل جمع‌آوری و تبدیل شدن به الکتریسیته را دارند.

در تلاش‌های پیشین، مفهوم تولید برق از آب باران با استفاده از برق‌رسانی تماسی مایع-جامد و نانو ژنراتورهای تریبوالکتریک (TENG) مورد بررسی قرار گرفت، اما افزایش مقیاس این روش بسیار دشوار بود. از جمله پیشرفت‌های قابل توجه در این زمینه، پنل TENG مبتنی بر قطره است که D-TENG نام دارد. اگرچه دستگاه‌های D-TENG خروجی آنی بالایی را از خود نشان می‌دهند، اما تولید برق در سطح مگاوات که معمولا توسط نیروگاه‌ها تولید می‌شود، به چندین پنل D-TENG نیاز دارد.

تولید برق از باران با استفاده از پنل‌های D-TENG

اگرچه اتصال چند D-TENG راه‌حلی مشخص به‌نظر می‌رسد، اما اثرات کوپلینگ خازنی ناخواسته میان الکترودهای بالا و پایین منجر به کاهش خروجی می‌شود. برای غلبه بر این چالش، گروهی از محققان به رهبری پروفسور زونگ لی از دانشگاه بین‌المللی تسینگهوا در شنژن، با الهام از پنل‌های خورشیدی و ژنراتورهایی با آرایش پل موفق شدند تاثیر خازن را به حداقل برسانند.

ژنراتورهای پل شکل با شارژ کردن قطرات و سطح پنل D-TENG که به‌عنوان سطح FEP شناخته می‌شود، کار می‌کنند. هر قطره باران مقدار کمی بار تولید می‌کند که به مرور زمان از سطح FEP پراکنده می‌شوند. با این حال، پس از مدتی، بارهای روی این سطح به اشباع می‌رسند و نرخ اتلاف را با بار تولید شده توسط هر برخورد قطره‌ای متوازن می‌کنند.

محققان با استفاده از این ژنراتورها در دارای اندازه‌های مختلف، الکترودهای فرعی و پنل‌هایی با ضخامت‌های مختلف را برای ارزیابی هدر رفت برق، آزمایش کردند. آنها کشف کردند که پنل های D-TENG مجهز به ژنراتورهای پل شکل به طور مستقل عمل می‌کنند و در کاهش اتلاف برق موثر هستند.

به گفته پروفسور لی، اوج توان خروجی این ژنراتورها تقریباً پنج برابر بیشتر از سیستم‌های انرژی معمولی قطره‌ای باران با همان اندازه است که به ۲۰۰ وات بر متر مربع می‌رسد. این پیشرفت قابل توجه مزایای پل‌های ژنراتوری را در برداشت انرژی قطرات باران در مقیاس بزرگ نشان می‌دهد.

علاوه بر این، افزایش ضخامت سطح FEP بدون تأثیر بر چگالی بار سطحی، ظرفیت کوپلینگ را کاهش می‌دهد و ابزار اضافی برای افزایش عملکرد این ژنراتورها ارائه می‌کند. این کشف موفقیت‌آمیز، فرصت‌های جدیدی را برای بهره‌برداری از انرژی‌های تجدیدپذیر، به‌ویژه در مناطقی با دوره‌های طولانی بارندگی در طول سال فراهم می‌کند.