มหาวิทยาลัยยูนนานและสถาบันวิจัยร่วมตะวันตกเฉียงใต้ได้พัฒนาสเซลล์แสงอาทิตย์ใต้น้ำที่สามารถทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพในน้ำลึก 10 เมตรในทะเลจีนใต้

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยยูนนานและสถาบันวิจัยร่วมตะวันตกเฉียงใต้ได้สาธิตการทำงานของสเซลล์แสงอาทิตย์ใต้น้ำที่สามารถทำงานได้ในน้ำลึก 10 เมตร (ประมาณ 33 ฟุต) ในทะเลจีนใต้ ความสำเร็จนี้ได้ทำลายขีดจำกัดก่อนหน้า การพยายามเก็บแสงอาทิตย์ใต้น้ำในน้ำลึกไม่ถึง 2 เมตรในน้ำตื้นได้ล้มเหลว แม้ว่าแสงอาทิตย์ยังคงมีอยู่อย่างเพียงพอ แต่การใช้งานจริงกลับมีน้อย รวมถึงอายุการทำงานที่คาดการณ์ไว้ประมาณ 5.5 ปี ทำให้เทคโนโลยีนี้สามารถให้แหล่งพลังงานที่น่าเชื่อถือและยาวนานให้กับระบบทะเลระยะไกล การศึกษาพบว่า ระบบโซลาร์เซลล์ใต้น้ำในอนาคตสามารถให้แหล่งพลังงานที่เป็นไปได้ให้กับเซนเซอร์ใต้น้ำ กล้อง และระบบสื่อสาร

ผู้เขียนบทความวิจัย หวังเวินฮัวกล่าวว่า "รายงานเกี่ยวกับสเซลล์แสงอาทิตย์ใต้น้ำมีอยู่น้อยมาก และการศึกษาที่มีอยู่ก็มุ่งเน้นไปที่น้ำลึกเพียง 2 เมตรในน้ำที่ตื้นมาก นี่ไม่ใช่สถานการณ์ที่ตอบสนองความต้องการในการใช้งานจริง" เขาเพิ่มเติมว่า "งานนี้เป็นครั้งแรกที่สเซลล์แสงอาทิตย์ใต้น้ำได้รับการพิสูจน์ความสามารถในการทำงานในน้ำลึกประมาณ 10 เมตร ซึ่งได้ขยายขอบเขตการใช้งานไปอย่างมาก"

ความก้าวหน้าเทคนิคของสเซลล์แสงอาทิตย์ใต้น้ำ

การออกแบบสเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนทางการค้ามาตรฐานมุ่งเน้นการจับแสงอาทิตย์บนพื้นดินที่กว้างขวาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในชั้นคลื่นอินฟราเรด ใต้น้ำ สเซลล์ซิลิคอนจะสูญเสียประสิทธิภาพไปมาก มักจะเป็นเรื่องยากสำหรับสเซลล์แสงอาทิตย์ใต้น้ำที่จะเก็บพลังงานเนื่องจากความเข้มแสงใต้น้ำลดลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นอุปสรรคสำหรับการใช้งานตรวจสอบทะเล เช่น การเลี้ยงสัตว์น้ำ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ทีมของหวังได้ออกแบบสเซลล์แสงอาทิตย์แบบช่วงพลังงานกว้างขวางเพื่อจับคลื่นสีส้มถึงสีฟ้าที่เหมาะที่สุดในน้ำทะเล ผ่านการจับแสงสิ่งแวดล้อมใต้ผิวน้ำ สเซลล์แสงอาทิตย์ใต้น้ำได้ให้ความสามารถแก้ไขปัญหาขีดจำกัดพลังงานในเทคโนโลยีทะเลมาโดยตลอด

สเซลล์เหล่านี้ในน้ำลึก 10 เมตร สามารถผลิตพลังงานได้ 324 mWh เพียงในเวลา 2 ชั่วโมง ซึ่งเพียงพอที่จะชาร์จแบตเตอรี่ลิเทียม-ไอออน แบตเตอรี่ใต้น้ำให้แหล่งพลังงานอิสระที่เหมาะสำหรับเซนเซอร์สิ่งแวดล้อม กล้องตรวจสอบ และฮาร์ดแวร์สื่อสารที่ห่างจากชายฝั่ง ซึ่งไม่ต้องใช้การเชื่อมต่อสายที่มีค่าใช้จ่ายสูงและการเปลี่ยนแบตเตอรี่บ่อยครั้ง

ในการทดสอบภายใต้เงื่อนไขจำลอง สเซลล์ที่ออกแบบเฉพาะเจาะจงแสดงความทนทานที่ยอดเยี่ยม หลังจากเก็บรักษาไว้เป็นเวลา 300 วัน ประสิทธิภาพยังคงอยู่ที่ประมาณ 96% นอกจากนี้ โมเดลตัวอย่างในน้ำลึก 10 เมตรจำลองในเวลา 1,160 ชั่วโมงแทบจะไม่มีการเสื่อมสภาพ หวังกล่าวว่า "สิ่งที่ทำให้เราประหลาดใจที่สุดคือ พวกเราสามารถผลิตพลังงานได้มากในน้ำลึก 10 เมตรในเวลาเพียง 2 ชั่วโมงด้วยโมเดลขนาดใหญ่ของเรา นอกจากนี้ เราได้ทำการขยายจากเซลล์ทดลองขนาดเล็กในห้องปฏิบัติการไปเป็นโมเดลขนาดใหญ่ การผสมผสานระหว่างการศึกษาในห้องปฏิบัติการและการทดลองในสถานที่ได้ให้หลักฐานที่มีพลังแก่การดำเนินงานใต้น้ำของโซลาร์เซลล์ใต้น้ำ"

ความท้าทายในอนาคตและแนวทางการพัฒนา

หนึ่งในความท้าทายในอนาคตคือ สเซลล์เหล่านี้ต้องหาความสมดุลระหว่างความทนทานสูงและการส่งผ่านแสงที่ใสเพื่อให้มีความมีประสิทธิภาพยาวนาน นอกจากนี้ การใช้งานใต้น้ำของโซลาร์เซลล์ต้องเอาชนะเงื่อนไขที่รุนแรง เช่น เกลือที่กัดกร่อน ความดันสูง และการซึมน้ำ ต่อไป ทีมตั้งใจจะลึกเข้าไปในความมืด เพื่อทดสอบว่าความลึกที่โซลาร์เซลล์สามารถลึกลงไปได้ ในขณะที่กำลังวางรากฐานสำหรับโปรโตคอลการทดสอบมาตรฐานของโซลาร์เซลล์ใต้น้ำ การศึกษานี้ได้ถูกตีพิมพ์ในวารสาร Joule