飞鱼博客 
从地图绘制者在已被探索的海洋边缘绘制龙和海怪的时代起，海洋就一直提供着未被探索的奥秘。几个世纪以来，我们取得的进展令人惊讶地微乎其微——世界上只有大约5%的海洋被绘制出来。
自主水下航行器(auv)和遥控水下航行器(rouv)可以帮助我们比以前探索得更深更远，但是你会遇到另一个问题——动力。
主要的障碍在于电池的电力周期短，并且缺少持续的机载电源。为了克服这些挑战，研究人员正致力于开发替代动力解决方案，使auv和rouv能够在不受潜水模式限制的情况下运行，也不需要重新铺地充电。此外，其目标是为固定的水下传感器和通信网络创造电源，而不是仅仅依靠电池或需要物理绳来供电。
太阳能是一种潜在的解决方案——阳光可以深入海洋，令人惊讶。如果这种能量可以被利用，那就只是转换它的问题了，纽约大学坦顿分校的一组研究人员正在探索如何使太阳能在水下航行器中可行。
在《自然光子学》的一篇题为《水下太阳能电池的深入研究》的新文章中，来自化学与生物分子工程系的Jason a . R?hr和andr
Taylor等人组成的团队列出了这个新兴领域面临的问题。
虽然利用波浪、潮汐、洋流和渗透力的海洋动力技术显示出一些潜力，但它们依赖于位置，缺乏可移植性。一个例外是海洋热能转换(OTEC)，它利用海洋表面和深层水域之间的温度梯度。尽管OTEC已经成功地为auv提供了长时间的动力，但它对特定潜水模式的依赖以及对热带和亚热带地区的有限适用性阻碍了固定水下设备的实施。
就像在陆地上一样，太阳能无处不在，随处可见，甚至在地表以下也很强大。阳光保持稳定，可以有效地利用。可见光，尤其是光谱中的绿色和蓝色部分，可以穿透50米深的水域，为基本设备提供足够的能量。
通过利用太阳能电池，可以为固定传感器、通信设备供电，甚至可以将太阳能与OTEC结合起来，实现远程AUV操作和真正的自主。但是我们目前使用的太阳能电池可能还达不到标准。
研究人员深入研究了太阳能电池在水下应用的潜力，重点介绍了成功应用于auv和通信设备的例子，同时分析了缺点。具体来说，他们确定了普通硅太阳能技术在水下环境中不足的关键方面——除了水分和盐分含量之外，太阳能电池的设计目的是吸收红光和红外光，这些光谱的碎片不能穿透到水中很远的地方。
替代技术，如磷化镓铟(GaInP)和碲化镉(CdTe)，在海水的特定条件下已经证明了更高的效率和优化潜力。有机和钙钛矿太阳能电池(OSCs和psc)等下一代太阳能电池也在考虑之中。
寻找完美的吸收材料只是水下太阳能电池面临的主要问题之一。生物污染是由微生物、植物和小型动物组成的有机物质的逐渐积累，对各种海洋技术，特别是在浅海海域作业的技术提出了巨大的挑战。
这种有机物质的外壳减少了太阳能电池的光通道，阻碍了光伏过程及其后续性能。此外，累赘还延伸到水下航行器本身，物质在船体上积聚，增加了重量，产生了水动力阻力。在之前的实验中，在水下仅30天，污垢就覆盖了超过50%的表面，这将阻碍太阳能电池的工作能力。
在论文中，研究人员还讨论了设计和测试这种太阳能电池的实际问题。虽然纽约大学坦顿分校距离海洋只有一段地铁车程，但没有水的机构无法轻易测试任何潜在的设计——而且用潜在危险材料进行太阳能电池和电池的现场测试也是不可取的。
研究人员提出的一个解决方案是使用LED灯来模拟不同深度的光谱，而完全不需要水。通过这样做，他们发现硅基太阳能电池在浅层深度的表现优于竞争对手，但其他电池在两米以下的任何地方都更有效。研究人员还指出了一些其他的测试方法。
虽然这些专门用于水生环境的新型太阳能电池还处于开发的早期阶段，但研究人员的贡献可能为未来的技术奠定基础，这些技术可能会照亮我们对太阳能和尚未开发的海洋的理解，这些海洋自从我们第一次起航以来就一直吸引着人类。
更多信息:Jason A. R?hr等人，潜入水下太阳能电池，Nature Photonics(2023)。DOI: 10.1038/s41566-023-01276-z
由纽约大学坦顿工程学院提供
引用当前位置水下:太阳能水下航行器能帮助我们更好地了解海洋吗?(2023, September 1)检索自https://techxplore.com/news/2023-09-sea-solar-powered-underwater-vehicles-oceans.html本文档
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