Die Yunnan-Universität und das Southwest Associated Graduate School haben ein Unterwasser-Solarpanel entwickelt, das in einer Tiefe von 10 Metern im Südchinesischen Meer stabil betrieben werden kann.

Forscher der Yunnan-Universität und des Southwest Associated Graduate Institute haben erfolgreich ein funktionsfähiges Unterwasser-Solarpanel präsentiert, das in einer Tiefe von 10 Metern (etwa 33 Fuß) im Südchinesischen Meer betrieben werden kann. Diese Errungenschaft hat bisherige Grenzen durchbrochen. Frühere Versuche, Sonnenenergie unter Wasser zu sammeln, scheiterten in flachen Gewässern mit einer Tiefe von weniger als 2 Metern, obwohl dort das Sonnenlicht noch reichlich vorhanden war, aber die praktische Anwendung war relativ selten. In Kombination mit einer geschätzten Betriebsdauer von etwa 5,5 Jahren könnte diese Technologie schließlich eine zuverlässige, langfristige Stromquelle für abgelegene Meeresumgebungen bieten. Die Forschung zeigt, dass Unterwasser-Photovoltaiksysteme in Zukunft eine praktikable Stromquelle für Unterwassersensoren, Kameras und Kommunikationssysteme darstellen könnten.

Der Studienautor Zhang Wenhua sagte: "Es gibt nur sehr wenige Forschungsberichte über Unterwasser-Solarzellen, und die vorhandenen Studien konzentrieren sich auf sehr flache Gewässer mit einer Tiefe von nur 2 Metern, was bei weitem nicht den Anforderungen der praktischen Anwendung entspricht." Er fügte hinzu: "Diese Arbeit hat erstmals die Funktionsfähigkeit von Unterwasser-Solarzellen in einer Tiefe von etwa 10 Metern nachgewiesen und den Anwendungsbereich erheblich erweitert."

Technologischer Durchbruch bei Unterwasser-Solarzellen

Standard-Silizium-Solarzellen sind darauf ausgelegt, ein breites Spektrum des auf der Erde ankommenden Sonnenlichts, insbesondere Infrarotlicht, einzufangen. Unter Wasser verlieren Siliziumzellen den größten Teil ihrer Effizienz. In der Regel ist es für Unterwasser-Solarzellen schwierig, Energie zu sammeln, da die Lichtintensität unter Wasser schnell abnimmt, was für Anwendungen wie die Meeresüberwachung in der Aquakultur ein Hindernis darstellt. Um dieses Problem zu lösen, hat Zhangs Team optimierte Solarzellen mit großer Bandlücke entwickelt, um die optimalen Blau- bis Orangewellenlängen einzufangen, die die Meeresgewässer durchdringen. Durch das Einfangen des Umgebungslichts unter der Wasseroberfläche bieten Unterwasser-Solarzellen eine bahnbrechende Lösung für die langjährige Strombegrenzung in der Meerestechnologie.

Diese Zellen erzeugten in einer Tiefe von 10 Metern in nur zwei Stunden 324 mWh Strom, genug, um eine Standard-Lithium-Ionen-Batterie aufzuladen. Unterwasser-Solarzellen bieten eine autarke Stromquelle für Umweltsensoren, Überwachungskameras und Kommunikationshardware in Küstenfernen Umgebungen, wodurch teure Kabelverbindungen und häufige Batteriewechsel vermieden werden.

Unter simulierten Bedingungen getestet, zeigten diese speziell entwickelten Zellen eine hervorragende Haltbarkeit, wobei die Effizienz nach 300 Tagen Lagerung bei etwa 96% blieb. Darüber hinaus zeigten die Prototypzellen in der simulierten 10-Meter-Tiefe über 1.160 Stunden kaum Degradation. Zhang merkte an: "Am meisten überrascht hat uns, dass unser großflächiges Modul in den tatsächlichen Bedingungen der 10-Meter-Tiefe in nur zwei Stunden so viel Strom erzeugt hat. Darüber hinaus haben wir den Übergang von kleinen Laborzellen zu großflächigen Modulen erreicht. Die Kombination aus Laborforschung und Feldversuchen liefert starke Beweise für den Betrieb von Unterwasser-Photovoltaik."

Zukünftige Herausforderungen und Entwicklungsperspektiven

Eine der zukünftigen Herausforderungen besteht darin, dass diese Zellen ein Gleichgewicht zwischen hoher Haltbarkeit und klarer Lichtdurchlässigkeit finden müssen, um über einen langen Zeitraum wirksam zu bleiben. Darüber hinaus muss die Unterwasser-Solarenergie-Installation extreme Bedingungen wie korrosives Salz, hohen Druck und Wassereindringen überwinden. Als nächstes plant das Team, tiefer in die Dunkelheit einzutauchen und zu testen, wie tief die Solartechnologie vordringen kann, während sie die Grundlage für standardisierte Testprotokolle für Unterwasser-Photovoltaik schafft. Die Studie wurde im Journal "Joule" veröffentlicht.

Anwendungspotenzial und Herausforderungen von Unterwasser-Solarzellen

Die erfolgreiche Entwicklung von Unterwasser-Solarzellen markiert einen großen Fortschritt in der Meeres- und Meerestechnologie, insbesondere in der Energieversorgung in abgelegenen Gebieten. Diese Technologie löst nicht nur die Einschränkungen der traditionellen Energieversorgung, sondern bietet auch eine dauerhafte Stromversorgung für Unterwassersensoren und Überwachungsgeräte. Doch angesichts der Herausforderungen extremer Umgebungsbedingungen, wie korrosives Salz und hoher Druck, wird die zukünftige Forschungs- und Entwicklungsarbeit darauf abzielen, das beste Gleichgewicht zwischen Haltbarkeit und Lichtdurchlässigkeit zu finden, was für die praktische Anwendung der Technologie von entscheidender Bedeutung ist.