огут ли подводные транспортные средства для солнечных батарей помочь нам лучше понять наши океаны?

А, схема, показывающая биологическое перевод на подводной поверхности в зависимости от времени.B, AUV с солнечной энергией, покрытый органическим веществом из-за биологического переворота после 25 дней работы.C, влияние биозота на выходную эффективность солнечных батарей, которые имеют либо стекло, либо поливиниловое фторид (PVF).PCE, эффективность преобразования энергии.D, AUV с частями его корпуса, покрытого антипроводным покрытием, показывая мало наращивания после своего путешествия, которое покрывалось 4600 милями.Панели воспроизведены с разрешения: a, ref.51, RSC;б, ссылка.18, IEEE;c, ref.55, IEEE;D, Ref.56, Publications Compass.Кредит: Природная фотоника (2023).Doi: 10.1038/s41566-023-01276-z

Автономные подводные транспортные средства (AUV) и дистанционно управляемые подводные транспортные средства (Rouvs) могут помочь нам исследовать глубже и дальше, чем раньше, но затем вы столкнетесь с другой проблемой - силой.

Основное препятствие заключается в коротких циклах питания батарей и отсутствии постоянных на бортовых источниках.Чтобы преодолеть эти проблемы, исследователи сосредоточены на разработке альтернативных решений, которые позволяют AUV и ругам работать без ограничений на модели дайвинга или необходимость восстановления для перезарядки.Кроме того, цель состоит в том, чтобы создать источники питания для фиксированных подводных датчиков и сетей связи, которые не полагаются исключительно на батареи или требуют физического привязки для источника питания.

Солнечная энергия является потенциальным решением - свет может проникнуть на удивительно глубоко в океаны.Если эта энергия может быть использована, это только вопрос ее преобразования, и группа исследователей из Нью -Йоркского университета Тандона изучает, как сделать солнечную энергию жизнеспособной для подводных транспортных средств.

В новой статье в Photonics Nature Photonics под названием «Погружение в подводные солнечные элементы», команда, в том числе Джейсон А. Рер и Андре Тейлор из Департамента химического и биомолекулярного инженера, излагают проблемы, с которыми сталкиваются это растущее поле.

В то время как морские энергетические технологии, использующие волны, приливы, океанские течения и осмотические силы, демонстрируют некоторый потенциал, они зависят от местоположения и не имеют переносимости.Одно исключение выделяется - океаническое преобразование тепловой энергии (OTEC), которое использует градиенты температуры между поверхностью моря и более глубокими водами.Хотя OTEC успешно использовался для питания AUV в течение длительных периодов, его зависимость от конкретных схем дайвинга и ограниченная применимость к тропическим и субтропическим областям ингибирует реализацию фиксированных подводных устройств.

Солнечная энергия, как и на суше, вездесущая, доступна и мощная, даже ниже поверхности.Солнечный свет остается последовательным и может быть эффективно использовать.Видимый свет, особенно в зеленом до синей части спектра, может проникать в воды глубиной до 50 метров, обеспечивая достаточную энергию для запуска основных приборов.

Используя солнечные элементы, становится возможным для питания фиксированных датчиков, устройств связи и даже комбинировать солнечную энергию с OTEC для долгосрочных операций AUV и истинной автономии.Но солнечные элементы, которые мы в настоящее время используем, могут не задумываться.

Исследователи углубились в потенциал солнечных элементов для подводных применений, подчеркивая примеры успешной реализации при включении AUV и устройств связи при анализе недостатков.В частности, они определили ключевые способы, которыми общие кремниевые солнечные технологии не хватает в подводных условиях - за пределами влаги и содержания соли, врагов в электронике в целом, солнечные элементы предназначены для поглощения красного и инфракрасного света, кусочки спектра, которые не проникают очень далеков воду.

Альтернативные технологии, такие как фосфид индий -галлия (GAINP) и теллурид кадмия (CDTE), продемонстрировали более высокую эффективность и потенциал для оптимизации в удельных условиях воды океана.Солнечные элементы следующего поколения, такие как органические и перовскитные солнечные элементы (OSC и PSC), также рассматриваются.

Поиск идеального материала поглотителя является лишь одной из основных проблем, с которыми сталкивается подводные солнечные батареи.Биозол, постепенное накопление органических веществ, содержащих микроорганизмы, растения и миниатюрных животных, представляет собой огромную проблему для различных морских технологий, особенно те, которые работают в более мелких океанических доменах.

Эта кора органического вещества уменьшает легкий доступ солнечной батареи, препятствуя фотоэлектрическому процессу и его последующей производительности.Более того, обременение распространяется на самих погруженных транспортных средств, где на их корпусах накапливается материя, увеличивая вес и генерирует гидродинамическое сопротивление.В предыдущих экспериментах перефетулирование покрывало более 50 процентов поверхности только после 30 дней под водой, что затрудняет работу солнечных элементов.

В статье исследователи также обсуждают практические проблемы при разработке и тестировании таких солнечных элементов.В то время как NYU Tandon находится всего в нескольких минутах езды от океана, учреждения без доступа к воде не могут легко проверить какие -либо потенциальные конструкции, и живые тестирование солнечных элементов и батареи с потенциально опасными материалами в любом случае были бы невыразимыми.

Одним из решений, которое придумали исследователи, было использовать светодиодные фонари для имитации спектра света, доступного на разных глубинах, без необходимости вода вообще.Это показало, что солнечные элементы на основе кремния опережают конкуренцию на мелкой глубине, но другие клетки были более эффективными в чем -либо ниже двух метров.Исследователи также отмечают несколько других вариантов тестирования.

Хотя эти новые солнечные элементы, специально настроенные на водные среды, находятся только на самых ранних этапах развития, вклад исследователей может заложить основу для технологий, которые могли бы осветить наше понимание как солнечной энергии, так и неизведанных морей, которые искушают человечество сСначала мы отправились в плавание.

Больше информации: Джейсон А. Рер и др., Погружение в подводные солнечные элементы, Природная фотоника (2023).Doi: 10.1038/s41566-023-01276-z