מעבדה בספרד פיתחה פאנל סולארי המפיק חשמל גם מהגשם

צוות מדענים מהמעבדה לננו-טכנולוגיה במכון למדעי החומרים (ICMS) בסביליה, ספרד, פיתחו קולטן (פאנל) סולארי, המסוגל להפיק חשמל לא רק מאנרגיית השמש, אלא גם מהגשם. מדובר בפריצת דרך טכנולוגית, העשויה לשנות את פני עולם האנרגיה. 

במשך עשורים, העננים היו האויב המושבע של התעשייה הסולארית. ברגע שהטיפות הראשונות מתחילות לרדת, זרם האלקטרונים מהפאנלים המסורתיים מאט לזרזיף דק. כעת, המדענים הספרדים החליטו שבמקום להילחם בגשם, הגיע הזמן לרתום אותו.

המנגנון מבוסס על ייצור חשמל מחיכוך (טריבואלקטריקה). כאשר טיפת גשם פוגעת במשטח ומחליקה עליו, נוצר הפרש מטען חשמלי בין הטיפה למשטח, ש"מתורגם" לזרם חשמלי. במעבדה הוכח כי פגיעה של טיפה בודדת יכולה לייצר מתח של עד 110 וולט.

הספק החשמל הנוצר מהגשם נמוך יחסית (כ-4 מילי-וואט לכל סמ"ר משטח הפאנל) אך היא מספיקה בהחלט להפעלת מכשירי חשמל קטנים. בניסויי שנערך במכון ISMC, המכשיר הצליח לגרום לנורות לד להבהב עם כל מכה של טיפת גשם על הפאנל.

הפאנלים שיצרו ב-ISMC בנויים מחומר בשם פרובסקייט (Perovskite), ולא מסיליקון כמו הפאנלים הנמכרים כיום. בזכות תכונותיו הכימיות של הפרובסקייט, הפאנל החדש הוא דו-תכליתי: מייצר חשמל מאור כשהשמש זורחת, ומאנרגיה קינטית בגשם.

עד כה, לא נבנו פאנלים סולאריים מפרובסקייט, כיוון שהחומר הזה רגיש ללחות. חשיפה למים הופכת אותו בתוך דקות לבוצה חסרת תועלת. אבל החוקרים הספרדים ציפו אותו בשכבה דקיקה של חומר בשם פולימר פלואור, המזכיר בתכונותיו טפלון ודוחה מים.

בנוסף, הציפוי המיוחד של הפאנלים החדשים הללו בנוי באופן המפחית השתקפויות, ובכך מאפשר לפאנלים לספוג יותר אור שמש מכפי שפאנלים רגילים מסוגלים לספוג. 

הפיתוח הוכיח עמידות מרשימה: הפאנלים שמרו על יותר מ-50% מיעילותם גם לאחר עשרה ימי של חשיפה לחום ולחות קיצוניים, ואף שרדו טבילה מלאה במים למשך 15 דקות – מבחן שפאנל פרובסקייט רגיל נכשל בו כמעט מיידית.

קולטנים סולאריים במזג אוויר מעונן, אילוסטרציה. צילום: Wikipedeon, אושר לשימוש חופשי

הפיתוח הזה מציב את ISMC ואת ספרד בחזית מרוץ עולמי שמתקיים בתעשיית האנרגיה הסולארית כבר שנים. בסין כבר הציגו בעבר אבות-טיפוס דומים, אך האתגר הגדול תמיד היה עמידות לאורך זמן, והשפעה על יעילות הפאנל באור השמש. 

הפאנל הסולארי ("תא פוטו-וולטאי) הומצא במעבדות בל בארה"ב ב-1954. במשך כשבעה עשורים, שלטו בשוק פאנלים מסיליקון. כעת, ייצור החשמל מאנרגיה הקינטית שפותח ב-ISMC עשוי לסמן את תחילת עידן ה"חשמל נקי בכל מזג אוויר".

היעד הראשוני של הפיתוח החדש הוא "האינטרנט של הדברים" (IoT): חיישנים המפוזרים בתחנות ניטור, תאורה ותקשורת בערים, שדות חקלאיים ואזורים שוממים, אוספים מידע ומתקשרים באופן עצמאי.

מערכת שיכולה לייצר חשמל נקי גם בגשם (ואף בלילות גשומים) יכולה לאפשר לחיישני IoT לייצר לעצמם חשמל ללא תלות באספקה מבחוץ - וכעת גם במזג האוויר.

בעתיד, פאנלים כאלה יוכלו, אולי, לסייע גם בייצור חשמל מגשם בתחנות כוח סולאריות ועל גגות בתים ועסקים. היכולת להפיק חשמל סולארי בגשם יוצרת סוג חדש של חשמל נקי, עם רציפות תפקודית, שפשוט לא הייתה קיימת עד כה.