Elektros energija iš lietaus lašų

Kol kas mokslininkai nekonstruoja lietaus elektrinės, o tik atlieka pirmuosius eksperimentus, siekdami išsiaiškinti tokios idėjos praktinę naudą ir potencialias galimybes. Lietumi susidomėjo prancūzų kompanija CEA-Leti ir nacionalinis Grenoblio technikos institutas (Institut national polytechnique de Grenoble), dirbantis kartu su inovacijų centru Minatec.

Vienas iš naujovės autorių Thomas Jager pasakoja, jog lietaus gaminama elektros energija galėtų tarnauti mažos galios elektronikos prietaisų (pavyzdžiui įvairiems jutikliams) maitinimui tuo atveju, kai dėl Saulės nebuvimo neveiks pagrindiniai Saulės elementai.

Koks gi lietaus energijos gavimo būdo principas? Pasirodo, sistema yra labai paprasta. Kaip aktyvinis elementas naudojama pjezokeramika – kompozicinė medžiaga, kuri nuo mechaninio deformavimo generuoja elektros krūvį. Procesas dvikryptis – pridėjus įtampa, pjezokeramika ima vibruoti. Generatoriaus atveju, pjezokeraminę plokštelę pakanka mechaniškai judinti, lankstyti ir ji generuos elektros krūvį. Tačiau gan nedidelį. O kiek tokią plokštelę galėtų „primaigyti“ krentantys lietaus lašai? Būtent tai mokslininkai ir nusprendė išsiaiškinti.

Eksperimentams atilikti mokslininkai sukonstravo specialų stendą (matyti iliustracijoje), kuriame vandens lašai iš viršaus krenta ant polimerinio pjezoelektriko (PVDF) plokštelės. Kuomet vandens lašai atsitrenkia į PVDF plokštelę, kurios storis tesiekia 25 mikrometrus, joje susidaro mechaninių virpesių bangos, akimirką generuojančios elektros srovę.

Ypatingai autorius domino tokios sistemos techniniai parametrai – kaip generuojamas elektros kiekis priklauso nuo lašų dydžio ir jų kritimo greičio. Ir vieną ir kitą sukurta sistema leido keisti gan plačiame diapazone. Tarkime, lašo skersmuo kito nuo 1 iki 5 milimetrų.

Paaiškėjo, jog pjezogeneratoriui geriausiai tinka nelabai greitai krentantys stambūs lašai. Greiti lašai didžiąją energijos dalį praranda smūgio į plokštele metu ir plokštelės vibracijom atitenka nedidelė energijos dalis.

Sukurtos sistemos generuojama nepertraukiama (vidutinė) galia priklauso nuo lašų dydžio, kritimo dažnio ir surenkamosios plokštelės ploto. Mokslininkams pavyko nustatyti, jog vieno lašo sukuriama energija svyruoja nuo 2 mikrodžaulių iki 1 milidžaulio, priklausomai nuo lašo dydžio.

Pagamintas laboratorinis stendas su dirbtiniu lietumi sugebėjo generuoti mažiausiai 1 mikrovatą nuolatinės galios. Tuo tarpu stambiausi lašai sugebėdavo sukurti trumpalaikius galios šuolius iki 12 milivatų.

Apskritai paėmus, mokslininkai įsitikinę, jog kelių kvadratinių centimetrų ploto pjezoelektrinė plokštelė lietaus metu sugebėtų generuoti nuo kelių mikrovatų iki 10 milivatų nenutrūkstamos galios energiją.

Kaip šie skaičiukai išsišifruotų realiomis sąlygomis? Mokslininkai paskaičiavo, jog įvertinant ilgamečius Prancūzijos klimato duomenis, šioje valstybėje vienas kvadratinis metras sugebėtų generuoti 1 vatvalandę „lietaus“ energijos į metus.

Su tokiu „derliumi“ pramoninės jėgainės nepastatysim, tačiau mažos galios sistemoms tai gali būti alternatyvi energijos rūšis, kuomet nustoja veikti pagrindiniai Saulės elementai. Arba tokiose sistemose, kur sudėtinga dažnai keisti baterijas. Praktinis sistemos pritaikymas nėra neįmanomas, tereikia sulaukti protingų idėjų.

Plačiau apie teoriją ir praktinius eksperimentus galite paskaityti autorių parengtame dviejų dalių straipsnyje (1 ir 2), išspausdintame žurnale Smart Materials and Structures.