盡管光能轉(zhuǎn)電能的概念十分有價(jià)值，但目前的光伏系統(tǒng)仍存在許多問題。舉例來說，其生產(chǎn)、加工過程產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)品就導(dǎo)致了許多長(zhǎng)期問題。此外，其在光照不足區(qū)域(北部地區(qū))的運(yùn)作效率十分低下。但如果光伏系統(tǒng)以生物為介質(zhì)，那么上述問題都將得到一定程度的解決。
生物光伏(BPV)是一項(xiàng)旨在將自然的光合作用應(yīng)用于太陽(yáng)能發(fā)電的新興技術(shù)。相比于硅制成的太陽(yáng)能電池，使用生物材料制成的太陽(yáng)能電池來捕獲光能更具優(yōu)勢(shì)，其生產(chǎn)成本更低，且具有自我修復(fù)、自我復(fù)制和可生物降解的功能，更加可持續(xù)。這種電池的制造過程是對(duì)環(huán)境無害的，此外，它還適用于光照直射不足的地方。
日前，西班牙加泰羅尼亞高級(jí)建筑學(xué)院的學(xué)生Elena Mitrofanova在其論文中提出一項(xiàng)以苔蘚為介質(zhì)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，直觀看來，是一組種植苔蘚的立面中空模塊化墻磚。
立面的苔蘚光伏發(fā)電系統(tǒng)
在光合作用過程中，植物利用光能把周邊環(huán)境中的二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)化合物。“(苔蘚)釋放的有機(jī)化合物進(jìn)入含有共生菌的土壤，細(xì)菌為生存對(duì)有機(jī)化合物進(jìn)行分解，這一過程就產(chǎn)生了含有電子的副產(chǎn)品。”Mitrofanova說，“只需為這些微生物產(chǎn)生的電子提供一個(gè)電極，這些電子就能被收集且發(fā)電。”
其他種類的植物和藻類同樣適用于該發(fā)電系統(tǒng)，但唯獨(dú)苔蘚成為該系統(tǒng)的首選是由于其獨(dú)特的屬性。眾所周知，苔蘚是城市區(qū)域較為常見的一種植物，道路、墻壁、屋頂和樹木的縫隙都能發(fā)現(xiàn)它的身影。因此，該發(fā)電系統(tǒng)在城市區(qū)域內(nèi)推行的阻力較低。此外，苔蘚優(yōu)于其他高等植物的原因還包括重量負(fù)荷輕、吸水率高、無肥料需求、抗旱能力強(qiáng)和低維護(hù)成本。
一個(gè)苔蘚發(fā)電單位就是一個(gè)完整的生物電運(yùn)行系統(tǒng)，由陽(yáng)極生物材料(苔蘚)、陽(yáng)極、陰極、陰極催化劑、允許正電荷(主要是質(zhì)子)從陽(yáng)極生物材料向陰極轉(zhuǎn)移的“鹽橋”組成。陽(yáng)極即水凝膠和導(dǎo)電碳纖維組成的無土基質(zhì)，水凝膠是一種可吸收其自身重量400倍的水分的聚合物，能與苔蘚濕度互補(bǔ)。發(fā)電系統(tǒng)中物質(zhì)均不會(huì)破壞苔蘚的代謝運(yùn)動(dòng)。
苔蘚光伏發(fā)電系統(tǒng)的制造材料
除此之外，一個(gè)苔蘚發(fā)電單位面積為100×100毫米，一單位的發(fā)電量為0.35伏特。混合炭纖維和水凝膠的陽(yáng)極(切得既小又薄)在的立方體中，有一層碳織物以及被苔蘚掩蓋的混合物。該發(fā)電系統(tǒng)還配有一個(gè)監(jiān)測(cè)裝置，內(nèi)設(shè)傳感器，每5秒自動(dòng)檢測(cè)內(nèi)部環(huán)境的勒克斯(光照單位)、濕度、溫度和電壓等指數(shù)，并即時(shí)保存數(shù)據(jù)。
將苔蘚電池設(shè)計(jì)成具有伸縮性的系統(tǒng)，可應(yīng)用于城市地區(qū)是Mitrofanova的目標(biāo)之一。苔蘚光伏電池的組織形式有并聯(lián)和串聯(lián)電路兩種，可安裝在建筑物的外墻。
模塊化墻磚除了扮演容器的角色，其本身還為苔蘚形成了一個(gè)保護(hù)層，使其免受陽(yáng)光的直接照射，形成利于其生長(zhǎng)的濕潤(rùn)微氣候。僅有墻磚內(nèi)部的底部為防水而上釉，其他部分都是沒有涂層的多孔粘土。粘土的吸水性很好，該系統(tǒng)可被動(dòng)地接收雨水，而其中的水凝膠則可長(zhǎng)期保存水分。
模塊化墻磚
目前為止，該苔蘚發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量還十分有限，16個(gè)模組僅能產(chǎn)生3瓦特的電力。雖然發(fā)電量十分有限，但仍能為一些小型電器供能，例如電腦、手機(jī)和LED照明系統(tǒng)等等。Mitrofanova堅(jiān)信，未來科技具有實(shí)現(xiàn)較低能量需求和更高效率的可能，苔蘚光伏電池終有一天將成為人類的可行選擇。
為筆記本電腦、手機(jī)等物供電所需的估計(jì)苔蘚發(fā)電面積
