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Cuando las gotas de lluvia caen sobre la superficie del panel, un proceso llamado triboelectrificación produce y almacena la energía de la lluvia. Cuando la gota cae sobre la superficie del panel, denominada superficie FEP, la gota se carga positivamente y la superficie FEP se carga negativamente.
Cuando las gotas de lluvia descienden de las nubes, generan una pequeña cantidad de energía que puede ser capturada y convertida en electricidad. Este proceso puede verse como una forma miniaturizada de hidroenergía, que utiliza la fuerza cinética del agua en movimiento para generar electricidad.
Varios investigadores han sugerido que la energía recolectada de la lluvia caída podría servir como una fuente sostenible y limpia de energía. Sin embargo, expandir esta tecnología a una escala más amplia ha demostrado ser un desafío, limitando así su utilización práctica.
Para recolectar energía de las gotas de lluvia, un dispositivo llamado generador nanoeléctrico triboeléctrico (TENG, por sus siglas en inglés), que utiliza electrificación por contacto líquido-sólido, ha demostrado cosechar exitosamente electricidad de las gotas de lluvia. Esta tecnología también cosecha exitosamente energía de las olas y otras formas de generación de energía triboeléctrica líquido-sólido.
Sin embargo, los TENG basados en gotas (D-TENGs) tienen una limitación técnica al conectar más de uno de estos paneles juntos, lo que reduce la salida total de energía. Un documento recientemente publicado describe cómo modelar paneles D-TENG después de los arreglos de paneles solares hace que la recolección de energía de las gotas de lluvia sea más eficiente, ampliando su aplicación.
El documento fue publicado en la revista iEnergy el 29 de junio.
"Aunque los D-TENGs tienen una potencia de salida instantánea ultra alta, todavía es difícil para un solo D-TENG suministrar continuamente energía para equipos eléctricos de nivel de megavatios. Por lo tanto, es muy importante realizar la utilización simultánea de múltiples D-TENGs", dijo Zong Li, profesor en la Escuela Internacional de Postgrado de Shenzhen Tsinghua en la Universidad Tsinghua en Shenzhen, China. "Refiriéndonos al diseño de paneles solares, donde múltiples unidades de generación de energía solar están conectadas en paralelo para suministrar la carga, proponemos un método simple y efectivo para la recolección de energía de gotas de lluvia."
Cuando varios D-TENGs están conectados, hay una capacitancia de acoplamiento no intencionada entre el electrodo superior e inferior de los paneles. Esta capacitancia reduce la salida de energía de los arreglos D-TENG. Para reducir el efecto de este problema, los investigadores propusieron generadores de matriz de puente, que utilizan electrodos inferiores de matriz para reducir la influencia de la capacitancia.
Cuando las gotas de lluvia caen sobre la superficie del panel, un proceso llamado triboelectrificación produce y almacena la energía de la lluvia. Cuando la gota cae sobre la superficie del panel, denominada superficie FEP, la gota se carga positivamente y la superficie FEP se carga negativamente. "La cantidad de carga generada por cada gota es pequeña y la carga superficial en el FEP disipará gradualmente. Después de mucho tiempo en la superficie, las cargas en la superficie FEP se acumularán hasta la saturación", dijo Li. "En este punto, la tasa de disipación de la carga superficial del FEP se equilibra con la cantidad de carga generada por cada impacto de la gota."
Para demostrar el éxito de los generadores de matriz de puente con los electrodos inferiores de matriz, se comparó el D-TENG convencional con los generadores de matriz de puente. Los investigadores también compararon el rendimiento de los generadores de matriz de puente con diferentes tamaños de sub-electrodos. También se estudió el grosor de los paneles para ver si tenía algún efecto en la pérdida de potencia. Aumentar el grosor de la superficie FEP llevó a una disminución de la capacitancia de acoplamiento mientras se mantenía la densidad de carga superficial, ambos factores podrían mejorar el rendimiento del generador de matriz de puente.
Cuando se desarrollaron generadores de matriz de puente para la recolección de energía de gotas de lluvia y se utilizaron electrodos inferiores de matriz y estructuras de reflujo de puente, los paneles de recolección de gotas de lluvia podrían ser independientes entre sí. Esto significa que se podría reducir la pérdida de energía no intencionada.
"La potencia máxima de los generadores de matriz de puente es casi 5 veces superior a la de la gran energía de lluvia convencional del mismo tamaño, alcanzando 200 vatios por metro cuadrado, lo que muestra completamente sus ventajas en la recolección de energía de gotas de lluvia a gran escala. Los resultados de este estudio proporcionarán un esquema factible para la recolección de energía de gotas de lluvia a gran escala", dijo Li.