Солнечные батареи — прекрасный источник экологически чистой энергии, однако производство их токсично, а в периоды затяжных дождей они совершенно бесполезны. Решить эту проблему можно с помощью специальных панелей, умеющих вырабатывать электричество из падающих с неба капель.

Соответствующую технологию разработала группа европейских ученых из исследовательского центра Minatec (Micro and Nanotechnology Innovation Centre) во французском Гренобле. В ее основе лежат миниатюрные пьезоэлементы, вибрирующие под действием падающих капель воды и преобразующие эту вибрацию в электричество.

«Результат нашей работы можно рассматривать, как неплохую альтернативу солнечным батареям для районов с обильными осадками и небольшим числом солнечных дней в году», — заявил Томас Ягер (Thomas Jager), один из руководителей проекта. Ученый также заметил, что технология может быть использована не только на улице, но и в ряде специфических замкнутых сред, таких, например, как промышленные установки для конденсации пара. Подобные «башни охлаждения» — градирни — используются практически повсеместно, где работают паровые турбины: например, на тепловых электростанциях. «Питание промышленных датчиков внутри подобных объектов — одно из самых перспективных приложений нашей разработки», — сказал Ягер.

Когда дождевая капля падает на твердую поверхность, происходит абсолютно неупругое соударение. Другими словами, капля не отскакивает от поверхности наподобие резинового мячика, и вся ее кинетическая энергия передается поверхности. Данное обстоятельство делает дождевых генераторы довольно перспективным направлением альтернативной энергетики и позволяет надеяться на создание коммерчески выгодных устройств, отличающихся высоким КПД при относительно небольшой стоимости.

Для утилизации кинетической энергии капель ученые использовали термопластик поливинилиден фторид (PVDF), способный преобразовывать механические колебания в электричество за счет пьезоэлектрического эффекта.

Ученые провели ряд экспериментов, в ходе которых варьировались такие параметры капель, как размер, скорость падения и скорость. Выяснилось, что больше всего энергии устройство вырабатывает при падении «медленных» капель. Объясняется это тем, что в момент соударения «быстрой» капли с поверхностью значительная часть энергии уходит на образование деформирующего всплеска. Размер капель также имеет значение — чем они больше, тем сильнее колеблются пьезоэлектрические полимеры, и тем больше энергии производится.

«Количество извлекаемой из дождя энергии находится в прямой зависимости от размера пьезоэлектрической мембраны, размеров падающих капель и частоты, с которой они ударяются в мембрану, — поясняет Томас Ягер. — Количество энергии, производимой отдельным соударением, варьируется в пределах от 2 мкДж до 1 мДж, в зависимости от размеров капли. Мощность, вырабатываемая участком мембраны площадью в несколько квадратных сантиметров, варьируется от нескольких микроватт до 10 мВт. К примеру, для континентальных районов Франции это позволит вырабатывать ежегодно почти 1 Вт с квадратного метра рабочей поверхности».

Это далеко не единственный проект по выработке энергии с использованием вибраций. Схожие решения используются для получения электричества из городского шума («Шумная энергия») и любых других естественных сотрясений («Сила встряски»).

По публикации PhysOrg.Com