Ideea de panouri solare sub apă pare o contradicție, pentru că apa înghite exact lumina de care are nevoie o celulă fotovoltaică obișnuită. Un grup de cercetători din China a construit totuși celule proiectate special pentru puținul care rămâne la adâncime și le-a testat direct în mare, nu doar în laborator. Rezultatul: module coborâte la zece metri în Marea Chinei de Sud au produs, în două ore, 324 de miliwați-oră, destul ca să încarce acumulatori litiu-ion și să aprindă mai târziu un panou de LED-uri.
Testul de lângă insula Weizhou
Echipa, coordonată de Wen-Hua Zhang de la Universitatea Yunnan, a montat modulele pe un mic robot subacvatic și l-a lansat în apele din apropierea insulei Weizhou. Încărcarea acumulatorilor a fost verificată la trei adâncimi diferite, de 2, 6 și 10 metri, iar măsurătoarea de referință a fost cea de la zece metri. Până acum, testele de fotovoltaice subacvatice se opreau la adâncimi foarte mici și se făceau în apă calmă, de bazin. Aici s-a lucrat în mare deschisă.
„Aceasta deschide o cale pentru alimentarea continuă a dispozitivelor marine și rezolvă blocajul de multă vreme al autonomiei scurte a bateriilor pentru echipamentele subacvatice”, a declarat Zhang pentru ZME Science, publicația care a discutat cu autorul principal al studiului.
De ce lumina de sub apă cere alt tip de celulă
Atmosfera filtrează o parte din radiația solară, iar apa adaugă un al doilea filtru, mult mai agresiv. Componentele roșii și infraroșii dispar aproape complet în primii metri, astfel încât la 5-10 metri adâncime spectrul disponibil se restrânge la lumina albastră-verde, între aproximativ 400 și 600 de nanometri. O celulă gândită pentru soarele de la suprafață irosește, prin urmare, o bună parte din potențialul ei atunci când e scufundată: e optimizată pentru culori care nu mai există acolo.
Soluția a fost să se schimbe materialul, nu ambalajul. Cercetătorii au folosit un perovskit cu bandă interzisă largă, de aproximativ 1,96 electronvolți, acordat tocmai pe intervalul albastru-verde. Peste el au adăugat un polimer cu numele complicat de clorhidrat de polihexametilen guanidină, prescurtat PHMG, care ajută cristalul să se formeze mai ordonat. Potrivit studiului, aditivul transformă perovskitul din semiconductor de tip p în tip n, ușurează extracția electronilor, frânează migrarea ionilor de halogen și reduce densitatea defectelor care altfel scurg performanța electrică.
Panouri solare sub apă cu 34,71% eficiență, dar nu mai multă energie
Cifra care sare în ochi e randamentul. Sub un spectru simulat în laborator, reprodus cu filtre optice ca să imite lumina de la zece metri sub apă, celulele mici au convertit 34,71% din lumina primită în electricitate. Aceleași celule, expuse la lumină solară standard, se opresc la 17,08%, iar valoarea certificată independent e 16,79%. Modulele de suprafață mai mare au atins 29,4% în condiții submersate.
Aici e nevoie de o precizare pe care o fac și autorii: eficiența mai mare nu înseamnă mai mult curent. La zece metri ajunge mult mai puțină lumină decât la suprafață, așa că energia totală produsă rămâne inferioară. Celulele sunt doar mult mai bune la a folosi puținul care le rămâne, ceea ce e exact criteriul relevant pentru un dispozitiv care oricum nu are altă sursă.
Cât rezistă și cât de adânc se poate coborî
Testele accelerate de îmbătrânire indică o durată de viață T80 de 48.094 de ore, adică aproximativ 5,49 ani la 25 de grade Celsius, în condiții de iluminare submersată la zece metri. T80 e momentul în care panoul scade la 80% din puterea inițială, deci nu vorbim despre o defectare, ci despre o degradare normală, comparabilă cu ce se întâmplă la panourile de pe casă.
Zece metri ar putea fi doar începutul. „Pe baza lucrării noastre de acum, speculativ, fotovoltaicele subacvatice ar putea funcționa practic la adâncimi de 20-30 de metri”, a spus Zhang, adăugând că experimentele sunt deja în desfășurare în grupul său. Cercetătorul a enumerat însă și obstacolele care nu au nicio legătură cu lumina: organismele marine care se depun pe suprafață și blochează radiația, resturile plutitoare și coroziunea provocată de apa sărată, care poate ataca straturile de protecție. „Prin urmare, adâncimea practică de operare e determinată de mai mulți factori, nu doar de intensitatea luminii”, a precizat el în dialogul cu ZME Science.
Ce spuneau calculele anterioare
Direcția nu e nouă, doar demonstrația practică e. O analiză publicată în 2020, în aceeași revistă Joule, calcula că fotovoltaicele subacvatice ar putea rămâne utile până la adâncimi apropiate de 50 de metri în apă excepțional de limpede, cu condiția folosirii unor materiale cu bandă interzisă mai largă, potrivite spectrului modificat. Acel model prezicea o valoare optimă de circa 2,1 electronvolți la adâncimi intermediare, surprinzător de aproape de cei 1,96 electronvolți aleși acum de echipa chineză. În 2023, o sinteză din Nature Photonics semnată de Jason Röhr și colegii săi a pus problema la punct teoretic, iar în 2024 alți cercetători au raportat celule solare organice care depășeau 25,6% eficiență la un metru adâncime.
Un detaliu care spune ceva despre greutatea lucrării: pe lista autorilor, alături de Simin Ma, Bing Cai și Wen-Hua Zhang de la Universitatea Yunnan și de Peng Gao de la Institutul de Cercetare a Structurii Materiei din Fujian, apare și Michael Grätzel, chimistul de la Politehnica Federală din Lausanne care a dat numele celulelor solare sensibilizate cu coloranți și care e una dintre figurile centrale ale domeniului fotovoltaic.
La ce folosește, concret, un panou solar scufundat
Nu e vorba despre alimentarea rețelei electrice de pe uscat. Ținta sunt echipamentele care lucrează deja sub apă și care se opresc când se descarcă acumulatorii: vehicule subacvatice autonome, senzori de monitorizare a mediului marin, stații de măsurare și, în general, ce se numește acum infrastructură de tip ocean inteligent. „Fotovoltaicele subacvatice pot fi implementate pe scară largă ca o componentă a efortului mai amplu de dezvoltare a infrastructurii submarine”, a explicat Zhang.
Pașii următori anunțați de grup sunt coborârea la adâncimi mai mari, teste de lungă durată în apă reală, mărirea suprafeței modulelor și integrarea lor direct pe roboți subacvatici. Autorii vor și un protocol standardizat de testare, ca rezultatele diferitelor echipe să poată fi comparate corect, ceea ce astăzi e practic imposibil. Studiul complet a apărut pe 11 septembrie 2026 în revista Joule.
De ce contează dincolo de mare
Lecția mai largă e că randamentul unei celule solare nu e o proprietate absolută, ci o potrivire între material și lumina disponibilă. Aceeași logică explică de ce se caută soluții pentru situații în care lumina e puțină sau ciudată, de la interioare la suprafețe care nu sunt orientate spre sud. Pe același fir am scris despre sticla care generează energie atunci când e expusă la soare, iar pentru cine se gândește la un sistem acasă am explicat regula de 20% pentru dimensionarea corectă a instalației și situația panourilor solare de balcon, devenite legale în Marea Britanie.
Surse: Joule (Cell Press), ZME Science.
