Panele biofotowoltaiczne
© Apostolos Marios Mouzakopoulos
System paneli biofotowoltaicznych zainstalowanych na terenie Katalońskiego Instytutu Zaawansowanej Architektury w Barcelonie działa dzięki bateriom, które czerpią energię z bakterii żyjących w glebie, a odżywiających się produktami ubocznymi fotosyntezy roślin. Anoda i katoda ogniwa paliwowego są umieszczone w ziemi i wychwytują wolne elektrony wytrącone w procesach metabolicznych bakterii.
© Apostolos Marios Mouzakopoulos
Przy konstruowaniu ogniwa wykorzystano fakt, że bakterie w glebie pobierają od roślin substancje odżywcze i w procesie przemiany materii przetwarzają je, uwalniając elektrony i protony wodoru. Następnie w trakcie utleniania i redukcji wolne elektrony zostają przeniesione w glebie z anody do katody. Po podłączeniu ogniwa paliwowego do obwodu wyposażonego w kondensator lub przetwornicę obniżającą napięcie powstaje źródło prądu dla systemu paneli lub dowolnego urządzenia elektrycznego.
© Apostolos Marios Mouzakopoulos
Na wydajność panelu biofotowoltaicznego wpływa szereg czynników. Podstawowe znaczenie ma dobór gatunków roślin. Z kolei charakterystyka gleby wpływa na rozwój bakterii oraz transfer elektronów. Zauważono też, że najlepsze rezultaty osiąga ogniwo wypełnione glebą nasyconą w 100 procentach wodą, która pobudza elektrolizę. Ważne są również: spiralny kształt katody, dzięki któremu posiada ona największą możliwą powierzchnię do gromadzenia bakterii (a więc jest też najwydajniejszym kolektorem elektronów), oraz jej jak najmniejsza odległość od anody, co zwiększa wydajność transferu elektronów.
W celu uzyskania jak największego napięcia, przy równoczesnym pozostawieniu wystarczającej przestrzeni dla rozwoju korzeni, w konstrukcji panelu zastosowano diagram Woronoja na trzech różnych poziomach. Pierwszy, największy, nadaje panelowi sztywność, drugi wyznacza miejsca pod zgrupowania baterii, zaś trzeci, najmniejszy, zawiera komórki-ogniwa. Pozwoliło to na zamianę komórek obsadzonych roślinami w wydajne ogniwa paliwowe oraz nawodnienie jak największej ilości komórek-ogniw z pojedynczej komórki wodnej. Aby zapewnić wszystkim komórkom roślinnym stuprocentową wilgotność, stworzono tzw. bazę wodną: komórki roślinne są połączone z komórkami wodnymi przy pomocy rurek, a poziom lustra wody jest wszędzie stały.
Po przetestowaniu różnych elementów i połączeń do ostatecznej wersji panelu dołączono system automatyzacji, który kontroluje nawadnianie, oraz rejestrator danych, który monitoruje czynniki wpływające na rozwój rośliny.
Produkcja paneli polega na wyfrezowaniu sieci komórek w bloku tworzywa polistyrenowego. Po nałożeniu usztywniających i uszczelniających powłok gumy i żywicy epoksydowej w każdej komórce montowane są spirala z galwanizowanej stali (anoda) oraz spirala z drutu miedzianego (katoda). Komórki zostają połączone w obwód elektryczny. Po zainstalowaniu systemu nawadniania oraz pozostałych elementów panelu i uszczelnieniu całości, wieloboki diagramu napełniane są wilgotną ziemią zapewniającą przepływ elektronów pomiędzy anodą i katodą. Ostatni etap montażu stanowi sadzenie mchu. Gotowy panel ma wymiary 2 × 1 m oraz 10 cm grubości. Użytkownik może przygotować własny projekt panelu i przesłać go do pracowni, w której zostanie on wykonany.
Zaloguj się Logowanie