Како што расте цивилизацијата, енергијата потребна за поддршка на нашиот начин на живот се зголемува секој ден, барајќи од нас да најдеме нови и иновативни начини да ги искористиме нашите обновливи ресурси, како што е сончевата светлина, за да создадеме повеќе енергија за нашето општество да продолжи со напредокот.
Сончевата светлина обезбедува и овозможува живот на нашата планета со векови. Без разлика дали директно или индиректно, сонцето дозволува генерирање на речиси сите познати извори на енергија како што се фосилни горива, хидро, ветер, биомаса итн. Како што расте цивилизацијата, енергијата потребна за поддршка нашиот начин на живот се зголемува секој ден, барајќи од нас да најдеме нови и иновативни начини да ги искористиме нашите обновливи ресурси, како што е сончевата светлина, за да создадеме повеќе енергија за нашето општество да продолжи со напредокот.
Уште во античкиот свет можевме да преживееме со сончева енергија, користејќи ја сончевата светлина како извор на енергија потекнува од зградите изградени пред повеќе од 6.000 години, со ориентирање на куќата така што сончевата светлина поминува низ отворите кои делуваат како форма на загревање. .Илјадници години подоцна, Египќаните и Грците ја користеа истата техника за да ги одржат своите куќи ладни во текот на летото, така што ги заштитуваа од сонцето [1]. топлината внатре. Сончевата светлина не само што била неопходна за топлината што ја произведувала во античкиот свет, туку се користела и за зачувување и зачувување на храната преку сол. При засолувањето, сонцето се користи за испарување на токсичната морска вода и добивање сол, која се собира во соларни базени [1]. Во доцната ренесанса, Леонардо да Винчи ја предложил првата индустриска примена на конкавни огледални соларни концентратори како бојлери, а подоцна Леонардо исто така ја предложил технологијата на заварување coppсо користење на сончево зрачење и дозволување технички решенија за управување со текстилни машини [1]. Наскоро за време на индустриската револуција, В. Адамс го создаде она што денес се нарекува соларна печка. Оваа печка има осум симетрични сребрени стаклени огледала кои формираат октогонален рефлектор. концентриран со огледала во дрвена кутија покриена со стакло каде што ќе се стави тенџерето и ќе се остави да зоврие[1]. Набрзо напред неколку стотини години и соларната парна машина била изградена околу 1882 година [1]. Абел Пифр користел конкавно огледало 3,5 m во дијаметар и го фокусираше на цилиндричен парен котел кој произведуваше доволно енергија за да ја придвижи машината за печатење.
Во 2004 година, првата комерцијална концентрирана соларна централа во светот наречена Planta Solar 10 беше основана во Севиља, Шпанија. Сончевата светлина се рефлектира на кула од приближно 624 метри, каде што се инсталирани соларни приемници со парни турбини и генератори. Ова е способно да генерира енергија за напојување на повеќе од 5.500 домови. Речиси една деценија подоцна, во 2014 година, беше отворена најголемата соларна централа во светот во Калифорнија, САД. Фабриката користеше повеќе од 300.000 контролирани огледала и дозволи производство на 377 мегавати електрична енергија за напојување на приближно 140.000 домови. 1].
Не само што се градат и користат фабрики, туку и потрошувачите во продавниците за малопродажба создаваат нови технологии. Дебитираа соларни панели, па дури и автомобилите на соларна енергија влегоа во игра, но еден од најновите случувања што допрва треба да се најавуваат е новиот солар- Технологија за носење напојувана.Со интегрирање на USB конекција или други уреди, овозможува поврзување од облека со уреди како што се извори, телефони и слушалки, кои може да се полнат додека сте во движење.Пред само неколку години, тим јапонски истражувачи од Riken Институтот и Тора индустрии го опишаа развојот на тенка органска соларна ќелија која ќе ја загрева облеката на облеката, дозволувајќи и на ќелијата да ја апсорбира сончевата енергија и да ја користи како извор на енергија [2] ]. Микросоларни ќелии се органски фотоволтаични ќелии со топлинска стабилност и флексибилност до 120 °C [2]. Членовите на истражувачката група засноваат органски фотоволтаични ќелии на материјал наречен PNTz4T [3].стабилност на животната средина и висока ефикасност на конверзија на моќност, а потоа двете страни на ќелијата се покриени со еластомер, материјал сличен на гума [3]. Во тој процес, тие користеа два претходно затегнати акрилни еластомери со дебелина од 500 микрони кои дозволуваат светлината да влезе ќелијата, но спречува вода и воздух да навлезат во ќелијата. Употребата на овој еластомер помага да се намали деградацијата на самата батерија и да се продолжи нејзиниот животен век [3].
Еден од најзабележителните недостатоци на индустријата е водата. Дегенерацијата на овие клетки може да биде предизвикана од различни фактори, но најголемиот е водата, заеднички непријател на секоја технологија. Секое вишок на влага и продолжена изложеност на воздух може негативно да влијае на ефикасноста од органски фотоволтаични ќелии [4].Иако можете да избегнете да добиете вода на вашиот компјутер или телефон во повеќето случаи, не можете да ја избегнете со вашата облека. Без разлика дали е дожд или машина за перење, водата е неизбежна. По различни тестови на слободна органска фотонапонска ќелија и двострана обложена органска фотонапонска ќелија, двете органски фотоволтаични ќелии биле потопени во вода 120 минути, заклучено е дека моќноста на самостојната органска фотоволтаична ќелија била Ефикасноста на конверзија е намалена само за 5,4%.Клетките се намалени за 20,8% [5].
Слика 1. Нормализирана ефикасност на конверзија на моќноста како функција од времето на потопување. Лентите за грешка на графикот ја претставуваат стандардната девијација нормализирана со средната вредност на ефикасноста на почетната конверзија на моќноста во секоја структура [5].
Слика 2 прикажува друг развој на Универзитетот Нотингем Трент, минијатурна соларна ќелија која може да се вгради во предиво, кое потоа се вткајува во текстил [2]. Секоја батерија вклучена во производот исполнува одредени критериуми за употреба, како што се барањата на Долга 3мм и ширина 1,5мм[2]. Секоја единица е ламинирана со водоотпорна смола за да се овозможи перење на алиштата во пералната или поради временските услови [2]. Батериите се исто така прилагодени за удобност, и секоја е монтирана во начин кој не штрчи или не ја иритира кожата на носителот. Во понатамошните истражувања беше откриено дека во мало парче облека слично на дел од ткаенина од 5cm^2 може да има нешто повеќе од 200 клетки, идеално произведувајќи 2,5 – 10 волти енергија и заклучи дека има само 2000 ќелии На клетките им е потребно да можат да полнат паметни телефони [2].
Слика 2. Микросоларни ќелии долги 3 mm и широки 1,5 mm (фотографијата е направена од Универзитетот Нотингем Трент) [2].
Фотоволтаичните ткаенини спојуваат два лесни и евтини полимери за да создадат текстил што генерира енергија. Првата од двете компоненти е микро соларна ќелија, која ја собира енергијата од сончевата светлина, а втората се состои од наногенератор, кој ја претвора механичката енергија во електрична енергија. 6]. Фотоволтаичниот дел од ткаенината се состои од полимерни влакна, кои потоа се обложени со слоеви од манган, цинк оксид (фотоволтаичен материјал) и бакар јодид (за собирање полнеж) [6]. Потоа ќелиите се плетат заедно со мала бакарна жица и интегрирана во облеката.
Тајната зад овие иновации лежи во проѕирните електроди на флексибилните фотоволтаични уреди. Транспарентните спроводливи електроди се една од компонентите на фотоволтаичните ќелии кои дозволуваат светлината да влезе во ќелијата, зголемувајќи ја стапката на собирање светлина. Се користи калај оксид (ITO) допиран со индиум за да се изработат овие проѕирни електроди, кои се користат за нејзината идеална транспарентност (>80%) и добра отпорност на листот, како и одлична еколошка стабилност [7]. ITO е од клучно значење бидејќи сите негови компоненти се во речиси совршени пропорции. Односот на дебелината во комбинација со транспарентноста и отпорот ги максимизира резултатите на електродите [7]. Сите флуктуации во односот негативно ќе влијаат на електродите, а со тоа и на перформансите. На пример, зголемувањето на дебелината на електродата ја намалува транспарентноста и отпорот, што доведува до деградација на перформансите. Сепак, ITO е конечен ресурс кој брзо се троши. Истражувањата се во тек за да се најде алтернатива што не само што постигнуваITO, но се очекува да ги надмине перформансите на ITO [7].
Материјалите како што се полимерните подлоги кои се модифицирани со проѕирни спроводливи оксиди, се зголемија во популарност досега. користејќи флексибилни соларни ќелии слични на влакна како замена на електродата. Фиброзната батерија се состои од електрода и две различни метални жици кои се извиткани и комбинирани со активен материјал за да ја заменат електродата [7]. Соларните ќелии покажаа ветување поради нивната мала тежина , но проблемот е недостатокот на контактна површина помеѓу металните жици, што ја намалува површината за контакт и на тој начин резултира со деградирани фотоволтаични перформанси [7].
Факторите на животната средина се исто така голем мотиватор за континуирано истражување.Во моментов, светот во голема мера се потпира на необновливите извори на енергија како што се фосилните горива, јагленот и нафтата.Префрлање на фокусот од необновливите извори на енергија на обновливите извори на енергија, вклучително и сончевата енергија, е неопходна инвестиција за иднината. Секој ден милиони луѓе ги полнат своите телефони, компјутери, лаптопи, паметни часовници и сите електронски уреди, а користењето на нашите ткаенини за полнење на овие уреди само со пешачење може да ја намали нашата употреба на фосилни горива. Иако ова може да изгледа тривијално во мал обем од 1 или дури 500 луѓе, кога ќе се зголеми до десетици милиони може значително да ја намали нашата употреба на фосилни горива.
Познато е дека соларните панели во соларните централи, вклучително и оние што се поставени на врвот на куќите, помагаат во користењето на обновливите извори на енергија и ја намалуваат употребата на фосилни горива, кои сè уште многу се користат.Америка.Еден од главните проблеми за индустријата е добивањето земјиште за изградете ги овие фарми. Просечно домаќинство може да поддржи само одреден број соларни панели, а бројот на соларни фарми е ограничен. Во областите со доволно простор, повеќето луѓе секогаш се двоумат дали да изградат нова соларна централа бидејќи тоа трајно ја затвора можноста и потенцијалот на други можности на земјата, како што се нови бизниси. Има голем број на пловечки фотоволтаични панели кои можат да генерираат големи количини електрична енергија неодамна, а главната придобивка од пловечките соларни фарми е намалувањето на трошоците [8]. земјиштето не се користи, нема потреба да се грижите за трошоците за инсталација на куќите и зградите. Сите моментално познати пловечки соларни фарми се наоѓаат на вештачки водни тела, а во иднинаможно е да се постават овие фарми на природни водни тела.Вештачките акумулации имаат многу предности кои не се вообичаени во океанот [9]. Резервоарите направени од човекот се лесни за управување, а со претходната инфраструктура и патишта, фармите едноставно може да се инсталираат. Пловечките соларни фарми, исто така, се покажаа како попродуктивни од копнени соларни фарми поради температурните варијации помеѓу водата и земјата [9]. Поради високата специфична топлина на водата, температурата на површината на земјиштето е генерално повисока од онаа на водните тела, а високите температури се покажа дека негативно влијаат на перформансите на стапките на конверзија на соларни панели. Иако температурата не контролира колку сончева светлина прима панелот, таа влијае на тоа колку енергија добивате од сончевата светлина. При ниски енергии (т.е. поладни температури), електроните во сончевиот панел ќе бидат во состојба на мирување, а потоа кога ќе падне сончевата светлина, тие ќе достигнат возбудена состојба [10]. Разликата помеѓу состојбата на мирување и возбудената состојба е колку енергија се генерира во напонот. Не само што може да се разгориht ги возбудува овие електрони, но исто така може да се загрее. се загреваат полесно од водата, електроните во соларниот панел на копно најверојатно ќе бидат во повисока возбудена состојба, а потоа соларниот панел се наоѓа на или во близина на водно тело кое е поладно. Понатамошните истражувања докажаа дека ефектот на ладење на Водата околу пловечките панели помага да се генерира 12,5% повеќе енергија отколку на копно [9].
Досега, соларните панели задоволуваат само 1% од енергетските потреби на Америка, но доколку овие соларни фарми се засадат на четвртина од вештачките резервоари за вода, соларните панели би задоволувале речиси 10% од енергетските потреби на Америка. Во Колорадо, каде што лебдат панелите беа воведени што е можно поскоро, два големи резервоари за вода во Колорадо изгубија многу вода поради испарување, но со инсталирање на овие пловечки панели, резервоарите беа спречени да се исушат и се генерира електрична енергија [11]. Дури еден процент од луѓето - направените резервоари опремени со соларни фарми би биле доволни за производство на најмалку 400 гигавати електрична енергија, доволно за напојување на 44 милијарди LED светилки повеќе од една година.
Слика 4а го покажува зголемувањето на моќноста обезбедена од пловечката соларна ќелија во однос на Слика 4б. Иако имаше неколку пловечки соларни фарми во изминатата деценија, тие сè уште прават толку голема разлика во производството на енергија. Во иднина, кога пловечките соларни фарми стануваат пообилни, се вели дека вкупната произведена енергија ќе се зголеми тројно од 0,5 TW во 2018 година на 1,1 TW до крајот на 2022 година.[12].
Еколошки гледано, овие пловечки соларни фарми се многу корисни на многу начини. Покрај намалувањето на зависноста од фосилните горива, соларните фарми, исто така, го намалуваат количеството воздух и сончева светлина што стигнуваат до површината на водата, што може да помогне да се сменат климатските промени [9]. фарма што ја намалува брзината на ветерот и директната сончева светлина што ја погодува површината на водата за најмалку 10% би можела да надомести цела деценија од глобалното затоплување [9]. Во однос на биолошката разновидност и екологијата, се чини дека не се наоѓаат големи негативни влијанија. Панелите спречуваат силен ветер активноста на површината на водата, а со тоа ја намалува ерозијата на брегот на реката, ја штити и стимулира вегетацијата.[13]. Нема дефинитивни резултати за тоа дали е засегнат морскиот свет, но мерките како што е био-колибата исполнета со школки создадена од Ecocean имаат беше потопен под фотоволтаични панели за потенцијално да го поддржи морскиот живот.[13].Една од главните грижи на тековните истражувања е потенцијалното влијание врз синџирот на исхрана поради инсталацијата на инфраструктура како што сефотоволтаични панели на отворени води, наместо на вештачки резервоари. Бидејќи помалку сончева светлина влегува во водите, предизвикува намалување на стапката на фотосинтеза, што резултира со масовна загуба на фитопланктон и макрофити. Со намалувањето на овие растенија, влијанието врз животните пониски во синџирот на исхрана, итн., доведува до субвенции за водни организми [14].
Со оглед на тоа што сонцето е нашиот најголем извор на енергија, може да биде тешко да се најдат начини да се искористи оваа енергија и да се користи во нашите заедници. Новите технологии и иновации достапни секој ден го овозможуваат тоа. Иако нема многу облеки што се носат на соларна енергија да купите или да ги посетите пловечките соларни фарми во моментов, тоа не го менува фактот дека технологијата нема огромен потенцијал или светла иднина. Пловечките соларни ќелии имаат долг пат да поминат во смисла на дивиот свет за да бидат толку вообичаени како соларни панели на врвот на домовите. Сончевите ќелии што се носат треба да поминат долг пат пред да станат вообичаени како облеката што ја носиме секој ден. Во иднина се очекува соларните ќелии да се користат во секојдневниот живот без да мора да бидат скриени меѓу нашите облека. Како што напредува технологијата во наредните децении, потенцијалот на соларната индустрија е бесконечен.
За Раџ Шах Д-р Раџ Шах е директор на компанијата Koehler Instrument Company во Њујорк, каде што работи 27 години. Тој е колега избран од неговите колеги во IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSMTC, Institute of Физика, Институтот за енергетско истражување и Кралското здружение за хемија. ASTM Eagle наградата д-р Шах неодамна го ко-уреди бестселерот „Прирачник за горива и мазива“, детали достапни во Прирачникот за долгоочекувани горива и мазива на ASTM, второ издание – 15 јули. 2020 година – Дејвид Филипс – Статија за новости за Petro Industry – Petro Online (petro-online.com)
Д-р Шах има докторат по хемиско инженерство на Универзитетот Пен Стејт и член на Chartered School of Management, Лондон.Тој е исто така овластен научник на Научниот совет, овластен нафтен инженер на Институтот за енергетика и инженерски совет на Обединетото Кралство.Шах неодамна беше почестен како истакнат инженер од Тау бета Пи, најголемото инженерско друштво во Соединетите Држави. Тој е член на советодавните одбори на Универзитетот Фармингдејл (Механичка технологија), Универзитетот Обурн (Трибологија) и Универзитетот Стони Брук (Хемиско инженерство/ Наука и инженерство за материјали).
Раџ е дополнителен професор на Катедрата за наука за материјали и хемиско инженерство на SUNY Стони Брук, има објавено над 475 статии и е активен на полето на енергијата повеќе од 3 години. Повеќе информации за Раџ може да се најдат кај директорот на компанијата Koehler Instrument избран за соработник на Меѓународниот институт за физика Petro Online (petro-online.com)
Г-ѓа Мариз Баслиус и г-дин Блерим Гаши се студенти по хемиски инженеринг на SUNY, а д-р Раџ Шах претседава со надворешниот советодавен одбор на универзитетот. Мариз и Блерим се дел од растечката програма за практикантска работа во Koehler Instrument, Inc. ги поттикнува учениците да научат повеќе за светот на алтернативните енергетски технологии.
Време на објавување: Февруари 12-2022 година
