Червона цибуля допомогла інженерам покращити технологію сонячних панелей

Як цибуля робить сонячну енергетику стійкішою?

Сонячні панелі, що є ключовим елементом відновлюваної енергетики, мають суттєвий недолік – вони з часом руйнуються під дією ультрафіолетового випромінювання. Для їхнього захисту традиційно використовують спеціальні плівки, виготовлені з матеріалів на основі нафти, таких як полівінілфторид (PVF) та поліетилентерефталат (PET). Хоча ці матеріали ефективні, їхнє виробництво й утилізація завдають шкоди довкіллю. Тому вчені активно шукають більш стійкі, біологічні альтернативи. Одним із найперспективніших кандидатів на заміну стала наноцелюлоза – матеріал, який отримують з рослинної сировини шляхом розщеплення целюлози до нановолокон, пише 24 Канал з посиланням на ACS Applied Optical Materials.

Нещодавнє дослідження, проведене командою науковців з Університету Турку у Фінляндії, продемонструвало, що поєднання наноцелюлози з барвником зі шкірки червоної цибулі забезпечує надзвичайно ефективний захист від УФ-променів.

Створена плівка показала вражаючі результати, усунувши 99,9% ультрафіолетового випромінювання на довжині хвилі до 400 нанометрів. Важливо, що за своїми характеристиками цей біоматеріал перевершив комерційний УФ-фільтр на основі PET, який зараз доступний на ринку. За словами науковців, це відкриває шлях до створення захисних матеріалів повністю біологічного походження.

Ключова проблема у функціонуванні сонячних елементів полягає у необхідності знайти баланс. З одного боку, УФ-випромінювання з довжиною хвилі менше 400 нанометрів є шкідливим для них, але з іншого боку, для перетворення сонячного світла на електроенергію елемент повинен пропускати світло у видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах (від 700 до 1200 нанометрів). Тому розробка матеріалу, який одночасно захищає та сприяє поглинанню енергії, є пріоритетним завданням.

У ході дослідження вчені порівняли довговічність кількох типів захисних плівок на основі наноцелюлози. Їх обробляли екстрактом червоної цибулі, лігніном (полімер, що міститься в стінках деяких рослинних клітин) та іонами заліза. Хоча всі варіанти забезпечували певний захист від УФ, плівка з цибулевим барвником виявилася найбільш ефективною. Наприклад, лігнін має темно-коричневий колір, що обмежує його використання у прозорих плівках. Коефіцієнт пропускання світла плівок з лігніном становить близько 50% у діапазоні 400-600 нанометрів і не більше 85% при довжині хвилі понад 600 нанометрів.

На відміну від цього, плівка з наноцелюлози, оброблена екстрактом червоної цибулі, продемонструвала понад 80% пропускання світла на довших хвилях (від 650 до 1100 нанометрів).

Тестування

Щоб перевірити довговічність та ефективність фільтрів, їх піддавали дії штучного світла протягом 1000 годин, що еквівалентно приблизно року сонячного світла в умовах Центральної Європи. Цей тривалий тест показав, що УФ-захист та світлопроникність інших біофільтрів з часом значно змінювалися.

• Наприклад, плівки, оброблені іонами заліза, мали хороші початкові показники, але після тривалого випробування їхня ефективність знизилася.
• Фільтр на основі цибулі зберіг свої високі показники протягом усього періоду тестування.

Що далі?

Це дослідження має велике значення для широкого спектра сонячних елементів, зокрема для перовскітних та органічних фотоелементів. Крім того, така технологія може знайти застосування і в інших галузях, де необхідне використання біорозкладних фільтрів. Наприклад, у харчовій упаковці, де біорозкладні сонячні елементи могли б слугувати джерелами живлення для датчиків у стерильному середовищі.