Eftir því sem siðmenningin vex eykst orkan sem þarf til að styðja við lífshætti okkar með hverjum deginum, sem krefst þess að við finnum nýjar og nýstárlegar leiðir til að virkja endurnýjanlegar auðlindir okkar, svo sem sólarljós, til að skapa meiri orku fyrir samfélag okkar til að halda áfram framförum.
Sólarljós hefur veitt og gert líf á plánetunni okkar kleift um aldir. Hvort sem það er beint eða óbeint, gerir sólin kleift að búa til næstum öllum þekktum orkugjöfum eins og jarðefnaeldsneyti, vatnsfalli, vindi, lífmassa o.s.frv. Lífsmáti okkar eykst með hverjum deginum, sem krefst þess að við finnum nýjar og nýstárlegar leiðir til að virkja endurnýjanlegar auðlindir okkar, svo sem sólarljós, til að skapa meiri orku fyrir samfélag okkar til að halda áfram framförum.
Allt aftur til fornaldar hefur okkur tekist að lifa af sólarorku, með því að nota sólarljós sem orkugjafa sem er upprunnið í byggingum sem byggðar voru fyrir meira en 6.000 árum, með því að stilla húsinu þannig að sólarljósið fer í gegnum op sem virka sem upphitun. .Þúsundum ára síðar notuðu Egyptar og Grikkir sömu tækni til að halda húsum sínum köldum á sumrin með því að verja þau fyrir sólinni [1]. Stórir eins rúðu gluggar eru notaðir sem sólarhitagluggar, sem hleypa hita frá sólinni inn en fanga hitinn inni.Sólarljós var ekki aðeins nauðsynlegt fyrir hita sem það framleiddi í fornöldinni heldur var það einnig notað til að varðveita og varðveita mat með salti.Við söltun er sólin notuð til að gufa upp eitraðan sjó og fá salt sem safnast saman. í sólarlaugum [1]. Á seinni hluta endurreisnartímans lagði Leonardo da Vinci til fyrstu iðnaðarbeitingu á íhvolfum spegla sólarkjarna sem vatnshitara, og síðar lagði Leonardo einnig fram tækni til að suðu copper að nota sólargeislun og leyfa tæknilegum lausnum að keyra textílvélar [1]. Fljótlega á tímum iðnbyltingarinnar bjó W. Adams til það sem nú er kallað sólarofn. Þessi ofn er með átta samhverfa silfurglerspegla sem mynda átthyrndan endurkastara. Sólarljós er safnað saman með speglum í glerklædda trékassa þar sem potturinn verður settur og látið sjóða[1]. Hratt fram í nokkur hundruð ár og sólargufuvélin var byggð um 1882 [1]. Abel Pifre notaði íhvolfan spegil 3.5 m í þvermál og einbeitti honum að sívalur gufuketill sem framleiddi nóg afl til að knýja prentvélina.
Árið 2004 var fyrsta samþjappað sólarorkuver heimsins, Planta Solar 10, stofnað í Sevilla á Spáni. Sólarljós endurkastast á um það bil 624 metra turn, þar sem sólarmóttakarar eru settir upp með gufuhverflum og rafala. Þetta er fær um að framleiða orku til að knýja meira en 5.500 heimili. Næstum áratug síðar, árið 2014, opnaði stærsta sólarorkuver heims í Kaliforníu í Bandaríkjunum. Verksmiðjan notaði meira en 300.000 stýrða spegla og leyfði framleiðslu á 377 megavöttum af rafmagni til að knýja um það bil 140.000 heimili [ 1].
Ekki aðeins er verið að byggja og nota verksmiðjur, heldur búa neytendur í smásöluverslunum einnig til nýja tækni. knúin klæðanleg tækni.Með því að samþætta USB-tengingu eða önnur tæki gerir það kleift að tengja frá fötum við tæki eins og raftæki, síma og heyrnartól, sem hægt er að hlaða á ferðinni.Fyrir örfáum árum var teymi japanskra vísindamanna við Riken Institute og Torah Industries lýstu þróun þunnrar lífrænnar sólarsellu sem gæti hitaprentað föt á fatnað, sem gerir frumunni kleift að gleypa sólarorku og nota hana sem aflgjafa [2] ]. Örsólarsellur eru lífrænar ljósafrumur með hitauppstreymi stöðugleiki og sveigjanleiki allt að 120 °C [2]. Meðlimir rannsóknarhópsins byggðu lífrænar ljósafrumur á efni sem kallast PNTz4T [3]. PNTz4T er hálfleiðandi fjölliða sem áður var þróuð af Riken fyrir framúrskarandi enumhverfisstöðugleiki og mikil aflumbreytingarnýtni, þá eru báðar hliðar frumunnar þakið elastómer, gúmmílíku efni [3]. Í því ferli notuðu þeir tvær fyrirfram teygðar 500 míkron þykkar akrýl teygjur sem hleypa ljósi inn í frumuna en koma í veg fyrir að vatn og loft komist inn í frumuna. Notkun þessa teygju hjálpar til við að draga úr niðurbroti rafhlöðunnar sjálfrar og lengja endingu hennar [3].
Einn áberandi galli iðnaðarins er vatn. Hörnun þessara frumna getur stafað af ýmsum þáttum, en sá stærsti er vatn, sameiginlegur óvinur hvers konar tækni. Allur ofgnótt raka og langvarandi útsetning fyrir lofti getur haft neikvæð áhrif á skilvirkni. af lífrænum ljósafrumum [4]. Þó að þú getir forðast að fá vatn í tölvuna þína eða símann í flestum tilfellum geturðu ekki forðast það með fötunum þínum. Hvort sem það er rigning eða þvottavél er vatn óumflýjanlegt. Eftir ýmsar prófanir á frístandandi lífrænt ljósafruma og tvíhliða húðaða lífræna ljósafrumuna, báðar lífrænu ljósafrumurnar voru sökktar í vatn í 120 mínútur, var komist að þeirri niðurstöðu að afl frístandandi lífrænu ljósselunnar væri. Umbreytingarhagkvæmni minnkar aðeins með 5,4%.Frumum fækkaði um 20,8% [5].
Mynd 1. Stöðluð aflbreytingarnýtni sem fall af niðurdýfingartíma. Villustikurnar á línuritinu tákna staðalfrávikið sem er staðlað með meðaltali upphaflegrar aflskiptahagkvæmni í hverri byggingu [5].
Mynd 2 sýnir aðra þróun við Nottingham Trent háskólann, smá sólarsellu sem hægt er að fella inn í garn, sem síðan er ofið í textíl [2]. Hver rafhlaða sem fylgir vörunni uppfyllir ákveðin skilyrði fyrir notkun, svo sem kröfur um 3 mm á lengd og 1,5 mm á breidd[2]. Hver eining er lagskipt með vatnsheldu plastefni til að þvo þvott í þvottahúsinu eða vegna veðurs [2]. Rafhlöðurnar eru einnig sérsniðnar til þæginda og hver um sig er fest í leið sem stingur ekki út eða ertir húð notandans. Í frekari rannsóknum kom í ljós að í litlum fatnaði sem líkist 5cm^2 efnishluti getur það innihaldið rúmlega 200 frumur, helst framleiðir 2,5 – 10 volt af orku, og komst að þeirri niðurstöðu að það séu aðeins 2000 frumur. Frumur þurfa að geta hlaðið snjallsíma [2].
Mynd 2. Örsólarsellur 3 mm langar og 1,5 mm breiðar (mynd með leyfi frá Nottingham Trent háskólanum) [2].
Ljósvökvadúkur sameina tvær léttar og ódýrar fjölliður til að búa til orkuframleiðandi vefnaðarvöru. Sá fyrsti af tveimur íhlutunum er örsólarselja, sem uppsker orku úr sólarljósi, og sá síðari samanstendur af nanórafalli, sem breytir vélrænni orku í rafmagn [ 6]. Ljósvökvahluti efnisins samanstendur af fjölliða trefjum, sem síðan eru húðaðir með lögum af mangani, sinkoxíði (ljósvökvaefni) og koparjoðíði (til hleðslusöfnunar) [6]. Frumurnar eru síðan ofnar saman með pínulítill koparvír og felldur inn í flíkina.
Leyndarmálið á bak við þessar nýjungar liggur í gagnsæjum rafskautum sveigjanlegra ljósvakatækja. Gegnsætt leiðandi rafskaut eru einn af íhlutunum í ljósafrumum sem hleypa ljósi inn í frumuna og eykur ljóssöfnunarhraða. Notað er indíumdópað tinoxíð (ITO). til að búa til þessar gagnsæju rafskaut, sem eru notuð fyrir hið fullkomna gagnsæi (>80%) og góða viðnám á plötum sem og framúrskarandi umhverfisstöðugleika [7]. ITO skiptir sköpum vegna þess að allir íhlutir þess eru í næstum fullkomnum hlutföllum. þykkt ásamt gagnsæi og viðnám hámarkar niðurstöður rafskautanna [7]. Allar sveiflur í hlutfallinu munu hafa neikvæð áhrif á rafskautin og þar með frammistöðu.Til dæmis, að auka þykkt rafskautsins dregur úr gagnsæi og viðnám, sem leiðir til hnignunar á frammistöðu. Hins vegar er ITO takmörkuð auðlind sem er fljótt neytt. Rannsóknir hafa staðið yfir til að finna val sem ekki aðeins nærITO, en búist er við að hún fari fram úr ITO [7].
Efni eins og fjölliða hvarfefni sem hefur verið breytt með gagnsæjum leiðandi oxíðum hafa vaxið í vinsældum hingað til. Því miður hefur verið sýnt fram á að þessi hvarfefni eru brothætt, stíf og þung, sem dregur mjög úr sveigjanleika og afköstum [7]. Rannsakendur bjóða upp á lausn á nota sveigjanlegar trefjalíkar sólarsellur sem rafskautaskipti.Trefja rafhlaða samanstendur af rafskauti og tveimur aðskildum málmvírum sem eru snúnir og sameinaðir virku efni til að koma í stað rafskautsins [7]. Sólarsellur hafa sýnt loforð vegna léttar þyngdar þeirra , en vandamálið er skortur á snertiflötur milli málmvíranna, sem minnkar snertiflöturinn og veldur því skertri afköstum ljósvökva [7].
Umhverfisþættir eru einnig stór hvati áframhaldandi rannsókna. Eins og er byggir heimurinn að miklu leyti á óendurnýjanlegum orkugjöfum eins og jarðefnaeldsneyti, kolum og olíu. Að færa áherslu frá óendurnýjanlegum orkugjöfum yfir í endurnýjanlega orkugjafa, þar með talið sólarorku, er nauðsynleg fjárfesting fyrir framtíðina. Á hverjum degi hlaða milljónir manna síma sína, tölvur, fartölvur, snjallúr og öll raftæki, og að nota efni okkar til að hlaða þessi tæki bara með því að ganga getur dregið úr notkun okkar á jarðefnaeldsneyti. Þó að þetta kann að virðast léttvæg á litlum mælikvarða 1 eða jafnvel 500 manns, þegar það er stækkað upp í tugi milljóna gæti það dregið verulega úr notkun okkar á jarðefnaeldsneyti.
Vitað er að sólarrafhlöður í sólarorkuverum, þar á meðal þær sem eru settar ofan á hús, hjálpa til við að nýta endurnýjanlega orku og draga úr notkun jarðefnaeldsneytis, sem er enn mikið notað. Ameríka. Eitt helsta vandamál iðnaðarins er að fá land til að byggja þessi bæi. Meðalheimili getur aðeins haldið uppi ákveðnum fjölda sólarrafhlaða og fjöldi sólarbúa er takmarkaður. Á svæðum með nóg pláss eru flestir alltaf hikandi við að byggja nýja sólarorkuver vegna þess að það lokar varanlega þeim möguleika og möguleika annarra tækifæra á jörðinni, svo sem ný fyrirtæki. Það er mikill fjöldi fljótandi ljósavirkja sem geta framleitt mikið magn af rafmagni að undanförnu og helsti ávinningurinn af fljótandi sólarorkubúum er lækkun kostnaðar [8]. land er ekki notað, það er engin þörf á að hafa áhyggjur af uppsetningarkostnaði ofan á hús og byggingar. Allar nú þekktar fljótandi sólarstöðvar eru staðsettar á gervivatnshlotum, og í framtíðinnier mögulegt að setja þessi bæi á náttúrulegum vatnshlotum.Gervi uppistöðulón hafa marga kosti sem eru ekki algengir í sjónum [9].Auðvelt er að stjórna manngerðum uppistöðulónum og með fyrri innviðum og vegum er einfaldlega hægt að setja upp bújarðir. Einnig hefur verið sýnt fram á að fljótandi sólarbú eru afkastameiri en sólarbú á landi vegna hitabreytinga milli vatns og lands [9]. Vegna mikils eðlisvarma vatns er yfirborðshiti lands almennt hærri en vatnshlota og sýnt hefur verið fram á að hár hiti hafi neikvæð áhrif á afköst umbreytingarhlutfalls sólarplötur. Þó að hitastigið stjórni ekki hversu mikið sólarljós tekur við, hefur það áhrif á hversu mikla orku þú færð frá sólarljósi. Við lága orku (þ.e. kaldara hitastig) verða rafeindirnar inni í sólarplötunni í hvíldarástand, og síðan þegar sólarljós skellur á, munu þeir ná örvunarástandi [10]. Munurinn á hvíldarástandi og örvunarástandi er hversu mikil orka myndast í spennunni. Ekki aðeins getur sunlight örva þessar rafeindir, en það getur einnig hitnað.Ef hitinn í kringum sólarplötuna virkja rafeindirnar og koma þeim í lágt spennt ástand, verður spennan ekki eins mikil þegar sólarljós skellur á spjaldið [10].Þar sem land gleypir og gefur frá sér hita auðveldara en vatn, rafeindirnar í sólarrafhlöðu á landi eru líklega í hærra spennu ástandi og þá er sólarplatan staðsett á eða nálægt vatnshloti sem er kaldara. Frekari rannsóknir sönnuðu að kælandi áhrif vatnið í kringum flotplöturnar hjálpar til við að framleiða 12,5% meiri orku en á landi [9].
Enn sem komið er fullnægja sólarrafhlöðum aðeins 1% af orkuþörf Bandaríkjanna, en ef þessum sólarbúum væri plantað á allt að fjórðungi af manngerðum vatnsgeymum myndu sólarrafhlöður mæta næstum 10% af orkuþörf Bandaríkjanna. Í Colorado, þar sem fljótandi spjöld voru tekin í notkun eins fljótt og auðið var, tvö stór vatnsgeymir í Colorado misstu mikið vatn vegna uppgufunar, en með því að setja upp þessar flotplötur var komið í veg fyrir að lónin þornuðu og rafmagn myndaðist [11]. Jafnvel eitt prósent manna -gerð lón með sólarorkubúum myndu nægja til að framleiða að minnsta kosti 400 gígavött af rafmagni, nóg til að knýja 44 milljarða LED ljósaperur í meira en ár.
Mynd 4a sýnir aflaukninguna sem fljótandi sólarsellan veitir í tengslum við mynd 4b. Þó að það hafi verið lítið af fljótandi sólarbúum undanfarinn áratug, þá skipta þeir enn svo miklum mun í orkuframleiðslu. Í framtíðinni, þegar fljótandi sólarbú hafa verið orðið meiri, er heildarorkan sem framleidd er sögð þrefaldast úr 0,5TW árið 2018 í 1,1TW í lok árs 2022.[12].
Umhverfislega séð eru þessar fljótandi sólarstöðvar mjög gagnlegar á margan hátt. Auk þess að draga úr því að treysta á jarðefnaeldsneyti, minnka sólarorkustöðvar einnig magn lofts og sólarljóss sem nær yfirborði vatnsins, sem getur hjálpað til við að snúa loftslagsbreytingum við [9]. býli sem dregur úr vindhraða og beinu sólarljósi sem berst á vatnsyfirborðið um að minnsta kosti 10% gæti vegið upp heilan áratug af hlýnun jarðar [9]. Hvað varðar líffræðilegan fjölbreytileika og vistfræði virðast engin stór neikvæð áhrif finnast. Spjöldin koma í veg fyrir mikinn vind. virkni á vatnsyfirborði og minnkar þar með rof á árbakkanum, verndar og örvar gróður.[13]. Engar endanlegar niðurstöður liggja fyrir um hvort lífríki sjávar verði fyrir áhrifum, en ráðstafanir eins og skelfyllti lífkofinn sem Ecocean hefur búið til hafa verið sökkt undir ljósavirki til að hugsanlega styðja við lífríki sjávar.[13].Eitt helsta áhyggjuefni áframhaldandi rannsókna er hugsanleg áhrif á fæðukeðjuna vegna uppsetningar innviða s.s.ljósvökvaplötur á opnu vatni frekar en manngerðum uppistöðulónum.Þegar minna sólarljós berst í vötnin veldur það lækkun á hraða ljóstillífunar, sem leiðir til gríðarlegs taps á plöntusvifi og stórfrumum. Með fækkun þessara plantna hafa áhrif á dýr neðarlega í fæðukeðjunni o.s.frv., leiðir til niðurgreiðslna fyrir vatnalífverur [14]. Þó það hafi ekki gerst ennþá gæti þetta komið í veg fyrir frekari hugsanlegar skemmdir á vistkerfinu, sem er stór galli á fljótandi sólarbúum.
Þar sem sólin er okkar mesti orkugjafi getur verið erfitt að finna leiðir til að virkja þessa orku og nýta hana í samfélögum okkar. Ný tækni og nýjungar sem eru tiltækar á hverjum degi gera þetta mögulegt. Þó að það séu ekki margar klæðalegar sólarorkuflíkur að kaupa eða fljótandi sólarbú til að heimsækja núna, það breytir því ekki að tæknin á ekki mikla möguleika eða bjarta framtíð. sólarrafhlöður ofan á heimili. Það er langt í land sem hægt er að bera á sér sólarsellur áður en þær verða jafn algengar og fötin sem við klæðum okkur á hverjum degi. Í framtíðinni er gert ráð fyrir að sólarsellur verði notaðar í daglegu lífi án þess að þurfa að vera falin á milli okkar. föt.Þegar tækninni fleygir fram á næstu áratugum eru möguleikar sólariðnaðarins endalausir.
Um Raj Shah Dr. Raj Shah er forstjóri Koehler Instrument Company í New York, þar sem hann hefur starfað í 27 ár. Hann er félagi kjörinn af samstarfsmönnum sínum hjá IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSMTC, Institute of Eðlisfræði, Institute of Energy Research og Royal Society of Chemistry. ASTM Eagle Award viðtakandi Dr. Shah ritstýrði nýlega metsölubókinni "Fuels and Lubricants Handbook," upplýsingar sem fáanlegar eru í ASTM's Long Waited Fuels and Lubricants Handbook, 2. útgáfa – 15. júlí, 2020 – David Phillips – Petro Industry Fréttagrein – Petro Online (petro-online.com)
Dr. Shah er með doktorsgráðu í efnaverkfræði frá Penn State University og félaga við Chartered School of Management, London.Hann er einnig löggiltur vísindamaður Vísindaráðsins, löggiltur jarðolíuverkfræðingur Orkustofnunar og verkfræðiráðs í Bretlandi. Dr.Shah var nýlega heiðraður sem virtur verkfræðingur af Tau beta Pi, stærsta verkfræðifélagi Bandaríkjanna. Hann er í ráðgjafanefndum Farmingdale háskólans (vélatækni), Auburn háskólans (tribology) og Stony Brook háskólans (efnaverkfræði/efnaverkfræði). Efnisfræði og verkfræði).
Raj er aðjunkt í efnis- og efnaverkfræðideild SUNY Stony Brook, hefur birt yfir 475 greinar og hefur verið virkur á orkusviðinu í yfir 3 ár. Frekari upplýsingar um Raj er að finna hjá forstjóra Koehler Instrument Company. kjörinn sem félagi við International Institute of Physics Petro Online (petro-online.com)
Fröken Mariz Baslious og Herra Blerim Gashi eru efnaverkfræðinemar við SUNY og Dr. Raj Shah er formaður ytri ráðgjafarráðs háskólans. Mariz og Blerim eru hluti af vaxandi starfsnámi hjá Koehler Instrument, Inc. í Holtzville, NY, sem hvetur nemendur til að læra meira um heim annarrar orkutækni.
Pósttími: 12-feb-2022
