使用太阳能电池板技术从雨滴中收集能量

当雨滴从天而降时，它们可以产生少量的能量，这些能量可以被收集并转化为电力。它是水力发电的小型版本，利用流动的水的动能来发电。研究人员提出，从雨滴中收集的能量可能成为清洁、可再生能源的潜在来源。但该技术一直难以大规模发展，限制了其实际应用。

为了收集雨滴能量，一种名为摩擦纳米发电机(TENG)的装置采用液固接触起电技术，已被证明可以成功地从雨滴中获取电力。该技术还成功地从波浪和其他形式的液固摩擦发电中获取能量。然而，基于液滴的 TENG (D-TENG) 存在技术限制，无法将多个面板连接在一起，从而降低了总体功率输出。最近发表的一篇论文概述了如何在太阳能电池板阵列之后对 D-TENG 电池板进行建模，从而更有效地收集雨滴能量，从而扩大其应用范围。

该论文于6月29日发表在iEnergy上 。

“虽然D-TENG具有超高的瞬时输出功率，但单个D-TENG要为兆瓦级用电设备持续供电仍然存在困难。因此，实现多个D-TENG的同时使用非常重要。”中国深圳清华大学深圳国际研究生院教授李宗表示。“参考多个太阳能发电单元并联为负载供电的太阳能电池板的设计，我们提出了一种简单有效的雨滴能量收集方法。”

当连接多个 D-TENG 时，面板的上电极和下电极之间会出现意外的耦合电容。这种意外的耦合电容会降低 D-TENG 阵列的功率输出。为了减少这个问题的影响，研究人员提出了桥式阵列发生器，它使用阵列下电极来减少电容的影响。

当雨滴落在面板表面时，一种称为摩擦起电的过程会产生并储存雨中的能量。当液滴落在面板表面(称为 FEP 表面)时，液滴带正电，而 FEP 表面带负电。“每个液滴产生的电荷量很小，FEP 上的表面电荷会逐渐消散。在表面停留很长时间后，FEP 表面的电荷会逐渐积累到饱和。”Li 说。“此时，FEP 表面电荷的耗散率与液滴每次撞击产生的电荷量达到平衡。”

为了证明具有阵列下电极的桥式阵列发生器的成功，将传统的 D-TENG 与桥式阵列发生器进行了比较。研究人员还比较了具有不同尺寸子电极的桥阵列发生器的性能。还研究了面板的厚度，看看这是否对功率损耗有影响。增加FEP表面厚度会导致耦合电容降低，同时保持表面电荷密度，这两者都可以提高桥阵列发生器的性能。

当开发用于雨滴能量收集的桥式阵列发生器并利用阵列下电极和桥式回流结构时，雨滴收集面板可以彼此独立。这意味着可以减少意外的功率损耗。“桥阵发电机的峰值功率输出比同尺寸的常规大面积雨滴能源高出近5倍，达到每平方米200瓦，充分显示了其在大面积雨滴能源收集方面的优势。这项研究的结果将为大面积雨滴能量收集提供可行的方案。”李说。

其他贡献者包括清华大学深圳国际研究生院的曹斌和王黎明;北京中国电力科学研究院浩;和中国科学院北京纳米能源与系统研究所的王中林。

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