中國雲南大學成功建設全球首個 33 英尺深的水下太陽能發電廠試驗項目

中國雲南大學的科學家成功建造全球首個水下太陽能發電廠，該試驗電廠位於海面下約 10 米（33 英尺）深的水中，紅光無法抵達該深度。研究人員採用了基於鈣鈦礦的光伏系統，旨在探索如何利用太陽能為水下傳感器、攝像機、檢測器、通信系統及其他設備供電。隨著可再生能源技術的興起，尤其是風能和太陽能，這些設備在近年來變得越來越普遍，並能為深海探測提供可靠的能源支持。

水下太陽能電池的挑戰

以往的水下太陽能電池僅在淺水中運作，深度一般為約 2 米（6 英尺），而並非實際水下設備使用的深度。因此，雲南大學的張文華教授帶領團隊進一步研究，目標是使太陽能電池在 10 米深的環境下運行。研究人員發現，在這樣的深度，陽光迅速衰減，而硅電池的最佳性能在紅光下完全被吸收。為此，他們選擇了具有 1.96 電子伏特寬帶隙的鈣鈦礦太陽能電池，這與藍綠色海水的特性相符。

鈣鈦礦太陽能電池具備高度可調性，能在較弱光源下運行。研究人員還必須應對海水的腐蝕性及在壓力下可能發生的泄漏風險。為瞭解決這些問題，他們添加了聚己二胺鹽酸鹽（PHMG）作為結晶添加劑，以提高穩定性。在模擬 10 米深度的實驗中，研究人員試驗了一款面積約 0.014 平方英寸（0.0895 平方釐米）的小型太陽能電池，其能量轉換效率達到 34.71%。而一個面積為 4.46 平方英寸（28.79 平方釐米）的較大模組則達到了 29.4% 的效率，顯示即使在微弱光線下也能高效利用。

設備耐用性測試結果

為了確保設備在鹽水環境中的耐用性，研究人員使用了丁基橡膠和保護玻璃，並在外層覆蓋透明環氧樹脂以建立防水、抗壓及耐腐蝕的保護層。在模擬海水測試中，該設備在浸泡 1,000 小時後保持了 99.58% 的初始能量轉換效率。當環境溫度為 25 攝氏度（77 華氏度）時，該電池的 T80 壽命為 48,904 小時，意味著即使超過五年後仍能保持 80% 的輸出。

研究團隊還在南海進行了現實世界的測試，分別在 2 米、6 米及 10 米（約 6 英尺、18 英尺及 33 英尺）深度為鋰離子電池充電。在兩小時的光照下，電池分別充入 1,416 毫瓦時、752 毫瓦時和 324 毫瓦時的電量，足以為 LED 燈板供電。相關研究成果已發表於《Joule》期刊。

水下太陽能技術的突破與應用前景

水下太陽能發電技術的發展對於海洋探測及相關設備的能源供應至關重要。隨著對可再生能源需求的增加，這項技術能在深海環境中運作，為水下傳感器和通信系統提供穩定的電力支持。雲南大學的研究突破了以往水下太陽能電池的深度限制，顯示鈣鈦礦電池在微弱光線下的高效能，這為未來的海洋能源開發提供了新的方向。