Како цивилизација расте, енергија потребна да подржи наш начин живота расте сваким даном, што захтева од нас да пронађемо нове и иновативне начине да искористимо наше обновљиве ресурсе, као што је сунчева светлост, да створимо више енергије за наше друштво за наставак Напретка.
Сунчева светлост је вековима обезбеђивала и омогућавала живот на нашој планети. Било директно или индиректно, сунце омогућава производњу скоро свих познатих извора енергије као што су фосилна горива, хидро, ветар, биомаса, итд. Како цивилизација расте, енергија потребна за подршку наш начин живота се сваким даном повећава, захтевајући од нас да пронађемо нове и иновативне начине да искористимо наше обновљиве ресурсе, као што је сунчева светлост, да створимо више енергије за наше друштво да настави Напредак.
Још у античком свету могли смо да опстанемо на соларној енергији, користећи сунчеву светлост као извор енергије који је настао у зградама изграђеним пре више од 6.000 година, тако што смо оријентисали кућу тако да сунчева светлост пролази кроз отворе који делују као облик грејања. .Хиљадама година касније, Египћани и Грци су користили исту технику да одржавају своје куће хладним током лета, штитећи их од сунца [1]. Велики прозори са једним стаклом се користе као соларни термални прозори, дозвољавајући топлоти од сунца да уђе, али задржава топлота изнутра. Сунчева светлост није била само неопходна за топлоту коју је производила у античком свету, већ је коришћена и за очување и очување хране путем соли. У салинизацији, сунце се користи за испаравање токсичне морске воде и добијање соли која се сакупља у соларним базенима [1]. У касној ренесанси Леонардо да Винчи је предложио прву индустријску примену конкавних огледала соларних концентратора као бојлера, а касније је Леонардо предложио и технологију заваривања цопп.користи соларно зрачење и омогућава техничка решења за покретање текстилних машина [1]. Убрзо током индустријске револуције, В. Адамс је створио оно што се данас зове соларна пећ. Ова пећница има осам симетричних огледала од сребрног стакла која формирају осмоугаони рефлектор. концентрисан огледалима у дрвену кутију покривену стаклом у коју ће се ставити лонац и оставити да прокључа[1]. Премотавамо неколико стотина година уназад и соларна парна машина је изграђена око 1882. [1]. Абел Пифре је користио конкавно огледало 3.5 м у пречнику и усмерио га на цилиндрични парни котао који је производио довољно снаге за погон штампарске пресе.
2004. године, прва светска комерцијална концентрисана соларна електрана под називом Планта Солар 10 основана је у Севиљи, Шпанија. Сунчева светлост се рефлектује на торањ од приближно 624 метра, где су инсталирани соларни пријемници са парним турбинама и генераторима. Ово је способно за генерисање енергије за напајање више од 5.500 домова. Скоро деценију касније, 2014. године, највећа соларна електрана на свету отворена је у Калифорнији, САД. Фабрика је користила више од 300.000 контролисаних огледала и омогућавала је производњу 377 мегавата електричне енергије за напајање приближно 140.000 домова [ 1].
Не само да се граде и користе фабрике, већ и потрошачи у малопродајним објектима такође стварају нове технологије. Соларни панели су дебитовали, па су чак и аутомобили на соларни погон ушли у игру, али један од најновијих достигнућа који тек треба да буде објављен је нови соларни- Интегрисањем УСБ везе или других уређаја, омогућава повезивање одеће са уређајима као што су извори, телефони и слушалице, који се могу пунити у покрету. Пре само неколико година, тим јапанских истраживача у Рикен-у Институте анд Торах Индустриес описали су развој танке органске соларне ћелије која би топлотно штампала одећу на одећи, омогућавајући ћелији да апсорбује сунчеву енергију и користи је као извор енергије [2] ].Микро соларне ћелије су органске фотонапонске ћелије са термичким елементима. стабилност и флексибилност до 120 °Ц [2]. Чланови истраживачке групе су базирали органске фотонапонске ћелије на материјалу званом ПНТз4Т [3]. ПНТз4Т је полупроводнички полимер који је претходно развио Рикен за одличне енстабилност у околини и високу ефикасност конверзије снаге, тада су обе стране ћелије прекривене еластомером, материјалом налик гуми [3]. У процесу су користили два претходно растегнута акрилна еластомера дебљине 500 микрона који омогућавају улазак светлости. ћелију, али спречавају воду и ваздух да уђу у ћелију. Употреба овог еластомера помаже у смањењу деградације саме батерије и продужава њен век [3].
Један од најзначајнијих недостатака индустрије је вода. Дегенерација ових ћелија може бити узрокована разним факторима, али највећи је вода, заједнички непријатељ сваке технологије. Сваки вишак влаге и продужено излагање ваздуху могу негативно утицати на ефикасност органских фотонапонских ћелија [4]. Иако у већини случајева можете да избегнете да вода дође до рачунара или телефона, не можете је избећи ни одећом. Било да је киша или машина за прање веша, вода је неизбежна. После разних тестова на самостојећа органска фотонапонска ћелија и двострано обложена органска фотонапонска ћелија, обе органске фотонапонске ћелије су потопљене у воду 120 минута, закључено је да је снага самостојеће органске фотонапонске ћелије Ефикасност конверзије се смањује само за 5,4%. Ћелије су се смањиле за 20,8% [5].
Слика 1. Нормализована ефикасност конверзије снаге као функција времена урањања. Траке грешке на графикону представљају стандардну девијацију нормализовану средњом вредности почетне ефикасности конверзије снаге у свакој структури [5].
Слика 2 приказује још један развој на Универзитету Нотингем Трент, минијатурну соларну ћелију која може да се угради у предиво, које се затим уплете у текстил [2]. Свака батерија укључена у производ испуњава одређене критеријуме за употребу, као што су захтеви 3мм дужине и 1,5мм широке[2].Свака јединица је ламинирана водоотпорном смолом како би се веш могао прати у перионици или због временских прилика [2]. Батерије су такође прилагођене за удобност и свака је монтирана у начин који не вири нити иритира кожу корисника. У даљим истраживањима је откривено да мали комад одеће сличан комаду тканине од 5 цм^2 може садржати нешто више од 200 ћелија, идеално за производњу 2,5 – 10 волти енергије, и закључио да постоји само 2000 ћелија. Ћелије треба да буду у стању да пуне паметне телефоне [2].
Слика 2. Микро соларне ћелије дужине 3 мм и ширине 1,5 мм (фотографија љубазношћу Универзитета Нотингем Трент) [2].
Фотонапонске тканине спајају два лака и јефтина полимера да би створили текстил који ствара енергију. Прва од две компоненте је микро соларна ћелија, која сакупља енергију из сунчеве светлости, а друга се састоји од наногенератора, који претвара механичку енергију у електричну [ 6]. Фотонапонски део тканине састоји се од полимерних влакана, која се затим облажу слојевима мангана, цинк оксида (фотонапонски материјал) и бакар јодида (за прикупљање наелектрисања) [6]. Ћелије се затим ткају заједно са сићушну бакарну жицу и интегрисану у одећу.
Тајна иза ових иновација лежи у провидним електродама флексибилних фотонапонских уређаја. Транспарентне проводне електроде су једна од компоненти фотонапонских ћелија које омогућавају светлости да уђе у ћелију, повећавајући стопу сакупљања светлости. Користи се калај оксид допиран индијем (ИТО) за производњу ових прозирних електрода, која се користи за своју идеалну транспарентност (>80%) и добру отпорност на слој, као и одличну стабилност животне средине [7]. ИТО је кључан јер су све његове компоненте у скоро савршеним пропорцијама. Однос дебљина у комбинацији са транспарентношћу и отпором максимизира резултате електрода [7]. Било која флуктуација у односу негативно ће утицати на електроде, а самим тим и на перформансе. На пример, повећање дебљине електроде смањује транспарентност и отпор, што доводи до деградације перформанси. Међутим, ИТО је ограничен ресурс који се брзо троши. Истраживања су у току како би се пронашла алтернатива која не само да постижеИТО, али се очекује да ће надмашити учинак ИТО [7].
Материјали као што су полимерне подлоге које су модификоване провидним проводљивим оксидима су до сада постале популарније. Нажалост, показало се да су ове подлоге ломљиве, круте и тешке, што у великој мери смањује флексибилност и перформансе [7]. Истраживачи нуде решење за то. користећи флексибилне соларне ћелије налик на влакна као замену за електроде. Влакнаста батерија се састоји од електроде и две различите металне жице које су уврнуте и комбиноване са активним материјалом да замени електроду [7]. Соларне ћелије су обећавајуће због своје мале тежине , али проблем је недостатак контактне површине између металних жица, што смањује контактну површину и на тај начин доводи до погоршања фотонапонских перформанси [7].
Фактори животне средине су такође велики мотив за наставак истраживања. Тренутно се свет у великој мери ослања на необновљиве изворе енергије као што су фосилна горива, угаљ и нафта. Пребацивање фокуса са необновљивих извора енергије на обновљиве изворе енергије, укључујући соларну енергију, је неопходна инвестиција за будућност. Сваки дан милиони људи пуне своје телефоне, рачунаре, лаптопове, паметне сатове и све електронске уређаје, а коришћење наших тканина за пуњење ових уређаја само ходањем може смањити нашу употребу фосилних горива. Иако ово може изгледати тривијално на малој скали од 1 или чак 500 људи, када се повећа на десетине милиона могло би значајно да смањи нашу употребу фосилних горива.
Познато је да соларни панели у соларним електранама, укључујући и оне постављене на врхове кућа, помажу у коришћењу обновљиве енергије и смањењу употребе фосилних горива, која се још увек у великој мери користе. Америка. Један од највећих проблема за индустрију је добијање земљишта за граде ове фарме. Просечно домаћинство може да издржи само одређени број соларних панела, а број соларних фарми је ограничен. У областима са довољно простора, већина људи увек оклева да изгради нову соларну електрану јер то трајно затвара могућност и потенцијал других могућности на земљи, као што су нова предузећа. У последње време постоји велики број инсталација плутајућих фотонапонских панела које могу да произведу велике количине електричне енергије, а главна предност плутајућих соларних фарми је смањење трошкова [8]. земљиште се не користи, нема потребе да бринете о трошковима инсталације на врху кућа и зграда. Све тренутно познате плутајуће соларне фарме налазе се на вештачким водним тијелима, ау будућности ћеМогуће је поставити ове фарме на природна водна тијела.Вештачки резервоари имају многе предности које нису уобичајене у океану [9]. Акумулације које је направио човек је лако управљати, а уз претходну инфраструктуру и путеве, фарме се могу једноставно инсталирати. Плутајуће соларне фарме су такође показале да су продуктивније од соларне фарме на копну због температурних варијација између воде и земљишта [9]. Због високе специфичне топлоте воде, површинска температура земљишта је генерално виша од температуре водених тела, а показало се да високе температуре негативно утичу на перформансе стопе конверзије соларног панела. Док температура не контролише колико сунчеве светлости панел прима, она утиче на количину енергије коју добијате од сунчеве светлости. При ниским енергијама (тј. нижим температурама), електрони унутар соларног панела ће бити у стање мировања, а онда када сунчева светлост удари, они ће достићи побуђено стање [10]. Разлика између стања мировања и побуђеног стања је у томе колико енергије се генерише у напону. Сунлиг не може само дахт побуђује ове електроне, али може и да се загреје. Ако топлота око соларног панела активира електроне и доведе их у ниско побуђено стање, напон неће бити тако велики када сунчева светлост удари у панел [10]. Пошто земља апсорбује и емитује загревају лакше од воде, електрони у соларном панелу на копну ће вероватно бити у већем побуђеном стању, а затим се соларни панел налази на или близу воде која је хладнија. Даља истраживања су показала да ефекат хлађења вода око плутајућих панела помаже да се генерише 12,5% више енергије него на копну [9].
До сада, соларни панели задовољавају само 1% америчких енергетских потреба, али ако би ове соларне фарме биле постављене на до четвртину вештачких резервоара за воду, соларни панели би задовољили скоро 10% америчких енергетских потреба. У Колораду, где плутају панели су уведени у најкраћем могућем року, два велика резервоара за воду у Колораду изгубила су доста воде услед испаравања, али постављањем ових плутајућих панела спречено је исушивање резервоара и произведена је електрична енергија [11]. -направљени резервоари опремљени соларним фармама били би довољни да произведу најмање 400 гигавата електричне енергије, довољно да напајају 44 милијарде ЛЕД сијалица више од годину дана.
Слика 4а показује повећање снаге које пружа плутајућа соларна ћелија у односу на слику 4б. Иако је било неколико плутајућих соларних фарми у протеклој деценији, оне и даље праве тако велику разлику у производњи енергије. У будућности, када плутајуће соларне фарме постане богатија, каже се да ће се укупна произведена енергија утростручити са 0,5 ТВ у 2018. на 1,1 ТВ до краја 2022. године.[12]
Еколошки гледано, ове плутајуће соларне фарме су веома корисне на много начина. Поред смањења ослањања на фосилна горива, соларне фарме такође смањују количину ваздуха и сунчеве светлости који допиру до површине воде, што може помоћи да се преокрену климатске промене [9]. фарма која смањује брзину ветра и директну сунчеву светлост која пада на површину воде за најмање 10% могла би да надокнади читаву деценију глобалног загревања [9]. У смислу биодиверзитета и екологије, изгледа да нема великих негативних утицаја. Панели спречавају јак ветар активност на површини воде, чиме се смањује ерозија на обали реке, штити и стимулише вегетација.[13].Нема дефинитивних резултата о томе да ли је морски живот погођен, али мере као што је био-колиба испуњена шкољкама коју је креирао Ецоцеан су донеле. био потопљен под фотонапонским панелима да би потенцијално подржао морски живот.[13]. Једна од главних брига текућих истраживања је потенцијални утицај на ланац исхране услед инсталирања инфраструктуре као што је нпр.фотонапонски панели на отвореним водама, а не у резервоарима које је направио човек. Како мање сунчеве светлости улази у воде, то узрокује смањење стопе фотосинтезе, што резултира масивним губитком фитопланктона и макрофита. Са смањењем ових биљака, утицај на животиње ниже у ланцу исхране, итд., доводи до субвенција за водене организме [14]. Иако се то још није догодило, ово би могло спречити даље потенцијално оштећење екосистема, што је главни недостатак плутајућих соларних фарми.
Пошто је сунце наш највећи извор енергије, може бити тешко пронаћи начине да искористимо ову енергију и користимо је у нашим заједницама. Нове технологије и иновације које су доступне сваког дана то чине могућим. Иако нема много одеће која се може носити на соларни погон купити или плутајуће соларне фарме да их посетите управо сада, то не мења чињеницу да технологија нема огроман потенцијал или светлу будућност. Плутајуће соларне ћелије морају прећи дуг пут у смислу дивљих животиња да би биле уобичајене као соларни панели на врху домова. Носивим соларним ћелијама предстоји дуг пут пре него што постану уобичајене као и одећа коју носимо сваки дан. Очекује се да ће се соларне ћелије у будућности користити у свакодневном животу без потребе да буду скривене између наших Одећа. Како технологија напредује у наредним деценијама, потенцијал соларне индустрије је бескрајан.
О Рај Схах Др. Рај Схах је директор компаније Коехлер Инструмент Цомпани у Њујорку, где је радио 27 година. Он је сарадник изабран од стране његових колега у ИЦхемЕ, ЦМИ, СТЛЕ, АИЦ, НЛГИ, ИНСМТЦ, Институт Пхисицс, Институте оф Енерги Ресеарцх и Роиал Социети оф Цхемистри. Добитник АСТМ Еагле Авард Др. Схах је недавно заједно уређивао бестселер „Приручник за горива и мазива“, детаљи доступни у АСТМ-овом Приручнику за дуго очекивана горива и мазива, 2. издање – 15. јул, 2020 – Дејвид Филипс – Чланак вести из Петро индустрије – Петро Онлине (петро-онлине.цом)
Др Схах је докторирао хемијско инжењерство на Универзитету Пенн Стате и члан је Цхартеред Сцхоол оф Манагемент, Лондон.Такође је овлашћени научник Научног савета, овлашћени нафтни инжењер Енергетског института и Инжењерског савета УК. Др.Тау бета Пи, највеће инжењерско друштво у Сједињеним Државама, недавно је одликован Шахом као истакнути инжењер. Он је у саветодавним одборима Универзитета Фармингдејл (механичка технологија), Универзитета Аубурн (трибологија) и Универзитета Стони Брук (хемијско инжењерство/ Наука о материјалима и инжењерство).
Рај је помоћни професор на Одсеку за науку о материјалима и хемијско инжењерство на СУНИ Стони Броок-у, објавио је преко 475 чланака и био је активан у области енергетике више од 3 године. Више информација о Рају можете пронаћи код директора компаније Коехлер Инструмент Цомпани изабран за члана Међународног института за физику Петро Онлине (петро-онлине.цом)
Госпођа Мариз Баслиоус и господин Блерим Гасхи су студенти хемијског инжењерства на СУНИ, а др Рај Схах председава спољним саветодавним одбором универзитета. Мариз и Блерим су део растућег програма стажирања у Коехлер Инструмент, Инц. у Холтзвиллеу, НИ, који подстиче ученике да сазнају више о свету алтернативних енергетских технологија.
Време поста: Феб-12-2022
