Medeniyet büyüdükçe, yaşam tarzımızı desteklemek için ihtiyaç duyulan enerji her geçen gün artıyor ve bu da, güneş ışığı gibi yenilenebilir kaynaklarımızı kullanmak için yeni ve yenilikçi yollar bulmamızı ve toplumumuzun İlerlemeye devam etmesi için daha fazla enerji yaratmamızı gerektiriyor.
Güneş ışığı yüzyıllardır gezegenimizde yaşamı sağlamış ve mümkün kılmıştır. İster doğrudan ister dolaylı olarak güneş, fosil yakıtlar, hidro, rüzgar, biyokütle vb. neredeyse tüm bilinen enerji kaynaklarının üretilmesine izin verir. Medeniyet büyüdükçe, desteklemek için gereken enerji yaşam tarzımız her gün artıyor ve toplumumuz için ilerlemeye devam etmek için daha fazla enerji yaratmak için güneş ışığı gibi yenilenebilir kaynaklarımızdan yararlanmanın yeni ve yenilikçi yollarını bulmamızı gerektiriyor.
Antik dünyaya kadar, 6000 yıldan daha uzun bir süre önce inşa edilmiş binalarda ortaya çıkan bir enerji kaynağı olarak güneş ışığını kullanarak, evi güneş ışığının bir ısıtma biçimi görevi gören açıklıklardan geçmesini sağlayacak şekilde yönlendirerek güneş enerjisiyle hayatta kalabildik. .Binlerce yıl sonra, Mısırlılar ve Yunanlılar, yaz aylarında evlerini güneşten koruyarak serin tutmak için aynı tekniği kullandılar [1]. Büyük tek camlı pencereler, güneşten gelen ısının içeri girmesine izin veren ancak hapsedilen güneş termal pencereleri olarak kullanılıyor. Güneş ışığı sadece antik dünyada ürettiği ısı için gerekli değildi, aynı zamanda yiyecekleri tuz yoluyla korumak ve muhafaza etmek için de kullanılıyordu. Tuzlamada güneş, zehirli deniz suyunu buharlaştırmak ve toplanan tuzu elde etmek için kullanılıyor. güneş havuzlarında [1]. Rönesans'ın sonlarında, Leonardo da Vinci, su ısıtıcıları olarak içbükey ayna güneş yoğunlaştırıcılarının ilk endüstriyel uygulamasını önerdi ve daha sonra Leonardo ayrıca kaynak kopçası teknolojisini önerdi.güneş radyasyonu kullanmak ve tekstil makinelerini çalıştırmak için teknik çözümlere izin vermek [1]. Sanayi Devrimi sırasında, W. Adams şimdi güneş fırını olarak adlandırılan şeyi yarattı. Bu fırında sekizgen bir reflektör oluşturan sekiz simetrik gümüş cam ayna var. tencerenin yerleştirileceği ve kaynamaya bırakılacağı cam kaplı ahşap bir kutuya aynalarla konsantre edilir[1]. Birkaç yüz yıl ileri sarılır ve güneş buhar makinesi 1882 civarında inşa edilir [1]. Abel Pifre bir içbükey ayna kullandı 3.5 m çapındaydı ve matbaayı çalıştırmak için yeterli güç üreten silindirik bir buhar kazanına odaklandı.
2004 yılında İspanya'nın Sevilla kentinde Planta Solar 10 adlı dünyanın ilk ticari konsantre güneş enerjisi santrali kuruldu.Güneş ışığı, buhar türbinleri ve jeneratörler ile güneş alıcılarının kurulduğu yaklaşık 624 metrelik bir kuleye yansıyor.Bu enerji üretebiliyor. Neredeyse on yıl sonra, 2014'te ABD Kaliforniya'da dünyanın en büyük güneş enerjisi santrali açıldı. Tesis 300.000'den fazla kontrollü ayna kullandı ve yaklaşık 140.000 eve güç sağlamak için 377 megavat elektrik üretilmesine izin verdi [ 1].
Sadece fabrikalar kurulup kullanılmakla kalmıyor, aynı zamanda perakende mağazalarındaki tüketiciler de yeni teknolojiler yaratıyor. Güneş panelleri piyasaya çıktı ve hatta güneş enerjili arabalar bile devreye girdi, ancak henüz duyurulmamış en son gelişmelerden biri de yeni güneş enerjisi- güçlendirilmiş giyilebilir teknoloji.Bir USB bağlantısı veya diğer cihazları entegre ederek, giysilerden hareket halindeyken şarj edilebilen kaynaklar, telefonlar ve kulaklıklar gibi cihazlara bağlantı sağlar.Sadece birkaç yıl önce, Riken'de Japon araştırmacılardan oluşan bir ekip Institute ve Torah Industries, giysileri giysilere ısıyla basacak, hücrenin güneş enerjisini emmesine ve onu bir güç kaynağı olarak kullanmasına olanak tanıyan ince bir organik güneş pilinin geliştirilmesini tanımladı [2] ]. Mikro güneş pilleri, termal 120 °C'ye kadar stabilite ve esneklik [2]. Araştırma grubunun üyeleri, organik fotovoltaik hücreleri PNTz4T [3] adlı bir malzeme üzerine temel alır.çevresel stabilite ve yüksek güç dönüşüm verimliliği, daha sonra hücrenin her iki tarafı kauçuk benzeri bir malzeme olan elastomer ile kaplanır [3]. Bu süreçte, ışığın girmesine izin veren iki adet önceden gerilmiş 500 mikron kalınlığında akrilik elastomer kullandılar. ancak hücrenin içine su ve havanın girmesini engeller. Bu elastomerin kullanımı, pilin kendisinin bozulmasını azaltmaya ve ömrünü uzatmaya yardımcı olur [3].
Endüstrinin en önemli dezavantajlarından biri sudur. Bu hücrelerin dejenerasyonuna çeşitli faktörler neden olabilir, ancak en büyüğü, herhangi bir teknolojinin ortak düşmanı olan sudur. Herhangi bir aşırı nem ve uzun süre havaya maruz kalma verimliliği olumsuz etkileyebilir. organik fotovoltaik pillerin sayısı [4]. Bilgisayarınıza veya telefonunuza çoğu durumda su girmesini önleyebilirsiniz, ancak kıyafetlerinizle önleyemezsiniz. İster yağmur ister çamaşır makinesi olsun, su kaçınılmazdır. serbest duran organik fotovoltaik hücre ve çift taraflı kaplanmış organik fotovoltaik hücre, her iki organik fotovoltaik hücre de 120 dakika suya daldırıldı, serbest duran organik fotovoltaik hücrenin gücünün olduğu sonucuna varıldı. %5,4. Hücreler %20,8 azaldı [5].
Şekil 1. Daldırma süresinin bir fonksiyonu olarak normalleştirilmiş güç dönüştürme verimliliği. Grafikteki hata çubukları, her yapıdaki başlangıç güç dönüştürme verimlerinin ortalaması ile normalize edilen standart sapmayı temsil eder [5].
Şekil 2, bir ipliğe gömülebilen ve daha sonra bir tekstile dokunabilen minyatür bir güneş pili olan Nottingham Trent Üniversitesi'ndeki başka bir gelişmeyi göstermektedir [2]. Ürüne dahil edilen her pil, belirli kullanım kriterlerini karşılamaktadır. 3 mm uzunluğunda ve 1,5 mm genişliğinde[2]. Her ünite, çamaşırların çamaşırhanede veya hava koşullarına göre yıkanmasına olanak sağlamak için su geçirmez bir reçine ile lamine edilmiştir [2]. Piller ayrıca konfor için özel olarak tasarlanmıştır ve her biri bir yuvaya monte edilmiştir. Kullanıcının cildini çıkıntı yapmayan veya tahriş etmeyen bir yol. Daha ileri araştırmalarda, 5 cm2'lik bir kumaş parçasına benzer küçük bir giysi parçasında, ideal olarak 2,5 - 10 volt enerji üreten ve 200'den fazla hücre içerebildiği bulundu. Hücrelerin akıllı telefonları şarj edebilmesi için yalnızca 2000 hücre olduğu sonucuna varmıştır [2].
Şekil 2. 3 mm uzunluğunda ve 1.5 mm genişliğinde mikro güneş pilleri (fotoğraf Nottingham Trent Üniversitesi'nden alınmıştır) [2].
Fotovoltaik kumaşlar, enerji üreten tekstiller oluşturmak için iki hafif ve düşük maliyetli polimeri birleştirir. İki bileşenden ilki, güneş ışığından enerji toplayan bir mikro güneş pili ve ikincisi, mekanik enerjiyi elektriğe dönüştüren bir nanojeneratörden oluşur. 6]. Kumaşın fotovoltaik kısmı, daha sonra manganez, çinko oksit (bir fotovoltaik malzeme) ve bakır iyodür (yük toplama için) katmanları ile kaplanan polimer liflerden oluşur [6]. küçük bir bakır tel ve giysiye entegre.
Bu yeniliklerin arkasındaki sır, esnek fotovoltaik cihazların şeffaf elektrotlarında yatmaktadır. Saydam iletken elektrotlar, fotovoltaik hücreler üzerinde ışığın hücreye girmesine izin vererek ışık toplama oranını artıran bileşenlerden biridir.İndiyum katkılı kalay oksit (İTO) kullanılır. ideal şeffaflığı (>%80) ve iyi tabaka direncinin yanı sıra mükemmel çevresel stabilite için kullanılan bu şeffaf elektrotları üretmek için kullanılır [7]. Tüm bileşenleri mükemmele yakın oranlarda olduğu için ITO çok önemlidir. kalınlık, şeffaflık ve dirençle birleştiğinde elektrotların sonuçlarını en üst düzeye çıkarır [7]. Orandaki herhangi bir dalgalanma elektrotları ve dolayısıyla performansı olumsuz etkiler. Örneğin, elektrotun kalınlığını artırmak şeffaflığı ve direnci azaltır, bu da performansın düşmesine neden olur. Ancak İTO, hızla tüketilen sınırlı bir kaynaktır.İTO, ancak İTO'nun performansını geçmesi bekleniyor [7].
Şeffaf iletken oksitlerle modifiye edilmiş polimer substratlar gibi malzemeler şimdiye kadar popülerlik kazanmıştır. Ne yazık ki, bu substratların kırılgan, sert ve ağır olduğu gösterilmiştir, bu da esnekliği ve performansı büyük ölçüde azaltır [7]. elektrot değiştirme olarak esnek fiber benzeri güneş pilleri kullanmak. Lifli bir pil, bir elektrot ve elektrotun yerini almak üzere bükülmüş ve aktif bir malzeme ile birleştirilen iki farklı metal telden oluşur [7]. Güneş pilleri, hafiflikleri nedeniyle umut vaat etmiştir. , ancak sorun, temas alanını azaltan ve dolayısıyla düşük fotovoltaik performansa neden olan metal teller arasındaki temas alanının olmamasıdır [7].
Çevresel faktörler de sürekli araştırma için büyük bir motive edicidir. Şu anda dünya, fosil yakıtlar, kömür ve petrol gibi yenilenemeyen enerji kaynaklarına büyük ölçüde bağımlıdır. Yenilenemeyen enerji kaynaklarından güneş enerjisi de dahil olmak üzere yenilenebilir enerji kaynaklarına odaklanmak, gelecek için gerekli bir yatırımdır. Her gün milyonlarca insan telefonlarını, bilgisayarlarını, dizüstü bilgisayarlarını, akıllı saatlerini ve tüm elektronik cihazlarını şarj ediyor ve kumaşlarımızı kullanarak bu cihazları sadece yürüyerek şarj etmek fosil yakıt kullanımımızı azaltabilir. 1 veya 500 kişilik küçük bir ölçekte önemsiz, on milyonlara kadar ölçeklendiğinde fosil yakıt kullanımımızı önemli ölçüde azaltabilir.
Evlerin üzerine monte edilenler de dahil olmak üzere güneş enerjisi santrallerindeki güneş panellerinin yenilenebilir enerji kullanımına yardımcı olduğu ve halen yoğun olarak kullanılan fosil yakıtların kullanımını azalttığı bilinmektedir. Amerika. Bu çiftlikleri inşa edin. Ortalama bir ev, yalnızca belirli sayıda güneş panelini destekleyebilir ve güneş enerjisi çiftliklerinin sayısı sınırlıdır. Geniş alana sahip alanlarda, çoğu insan her zaman yeni bir güneş enerjisi santrali inşa etmekte tereddüt eder, çünkü bu olasılığı kalıcı olarak kapatır. ve yeni işletmeler gibi arazi üzerindeki diğer fırsatların potansiyeli. Son zamanlarda büyük miktarlarda elektrik üretebilen çok sayıda yüzer fotovoltaik panel kurulumu vardır ve yüzen güneş enerjisi çiftliklerinin ana faydası maliyetin azaltılmasıdır [8]. arazi kullanılmaz, evlerin ve binaların üzerine kurulum maliyetleri konusunda endişelenmenize gerek yoktur. Şu anda bilinen tüm yüzer güneş çiftlikleri yapay su kütleleri üzerinde bulunur ve gelecektebu çiftlikleri doğal su kütleleri üzerine yerleştirmek mümkündür.Yapay rezervuarların okyanusta yaygın olmayan birçok avantajı vardır [9]. İnsan yapımı rezervuarların yönetimi kolaydır ve önceki altyapı ve yollar ile çiftlikler kolayca kurulabilir. su ve toprak arasındaki sıcaklık değişimlerinden dolayı kara tabanlı güneş enerjisi çiftlikleri [9]. Suyun yüksek özgül ısısı nedeniyle, arazinin yüzey sıcaklığı genellikle su kütlelerininkinden daha yüksektir ve yüksek sıcaklıkların su kütlelerini olumsuz yönde etkilediği gösterilmiştir. güneş paneli dönüşüm oranlarının performansı. Sıcaklık, bir panelin ne kadar güneş ışığı alacağını kontrol etmese de, güneş ışığından ne kadar enerji alacağınızı etkiler. Düşük enerjilerde (yani daha düşük sıcaklıklarda), güneş panelinin içindeki elektronlar dinlenme durumu ve daha sonra güneş ışığı çarptığında uyarılmış bir duruma [10] ulaşacaklar. Dinlenme durumu ile uyarılmış durum arasındaki fark, voltajda ne kadar enerji üretildiğidir.ht bu elektronları uyarır, ancak ısıtabilir. Güneş panelinin etrafındaki ısı elektronlara enerji verir ve onları düşük uyarılmış duruma getirirse, güneş ışığı panele çarptığında voltaj o kadar büyük olmaz [10]. Kara soğurduğu ve yaydığı için sudan daha kolay ısıtır, karadaki bir güneş panelindeki elektronların daha yüksek uyarılmış durumda olması muhtemeldir ve daha sonra güneş paneli daha soğuk olan bir su kütlesinin üzerinde veya yakınında bulunur. yüzen panellerin etrafındaki su, karadan %12,5 daha fazla enerji üretilmesine yardımcı olur [9].
Şimdiye kadar güneş panelleri Amerika'nın enerji ihtiyacının sadece %1'ini karşılıyor, ancak bu güneş çiftlikleri insan yapımı su rezervlerinin dörtte birine kadar kurulsaydı, güneş panelleri Amerika'nın enerji ihtiyacının yaklaşık %10'unu karşılayacaktır. paneller mümkün olan en kısa sürede piyasaya sürüldü, Colorado'daki iki büyük su deposu buharlaşma nedeniyle çok fazla su kaybetti, ancak bu yüzer paneller kurularak rezervuarların kuruması önlendi ve elektrik üretildi [11]. - Güneş çiftlikleri ile donatılmış rezervuarlar, bir yıldan fazla bir süre boyunca 44 milyar LED ampule güç sağlamak için yeterli olan en az 400 gigawatt elektrik üretmeye yeterli olacaktır.
Şekil 4a, Şekil 4b'ye göre yüzen güneş pili tarafından sağlanan güç artışını göstermektedir. Son on yılda birkaç yüzen güneş enerjisi çiftliği olmasına rağmen, bunlar hala enerji üretiminde çok büyük bir fark yaratıyor. Gelecekte, yüzer güneş çiftlikleri daha bol hale geldiğinde, üretilen toplam enerjinin 2018'de 0,5 TW'den 2022'nin sonunda 1,1 TW'ye üç katına çıkacağı söyleniyor.[12]
Çevresel olarak konuşursak, bu yüzen güneş çiftlikleri birçok yönden çok faydalıdır. Güneş çiftlikleri, fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltmanın yanı sıra, su yüzeyine ulaşan hava ve güneş ışığı miktarını da azaltır, bu da iklim değişikliğini tersine çevirmeye yardımcı olabilir [9]. rüzgar hızını ve su yüzeyine doğrudan gelen güneş ışığını en az %10 azaltan çiftlik, on yıllık küresel ısınmayı [9] tamamen dengeleyebilir. su yüzeyindeki aktivite, böylece nehir kıyısındaki erozyonu azaltarak, bitki örtüsünü koruyarak ve harekete geçirerek.[13] Deniz yaşamının etkilenip etkilenmediğine dair kesin sonuçlar yoktur, ancak Ecocean tarafından oluşturulan kabuklu biyo-kulübe gibi önlemler, potansiyel olarak deniz yaşamını desteklemek için fotovoltaik panellerin altına daldırılmıştır.[13] Devam eden araştırmaların ana endişelerinden biri, aşağıdakiler gibi altyapıların kurulması nedeniyle gıda zinciri üzerindeki potansiyel etkidir.fotovoltaik paneller insan yapımı rezervuarlar yerine açık sularda bulunur. Sulara daha az güneş ışığı girdikçe, fotosentez hızında bir azalmaya neden olur ve bu da büyük bir fitoplankton ve makrofit kaybına neden olur. Bu bitkilerin azalmasıyla hayvanlar üzerindeki etkisi besin zincirinde daha düşük, vb., suda yaşayan organizmalar için sübvansiyonlara yol açar [14]. Henüz gerçekleşmemiş olsa da, bu, yüzen güneş çiftliklerinin büyük bir dezavantajı olan ekosisteme daha fazla potansiyel zararı önleyebilir.
Güneş bizim en büyük enerji kaynağımız olduğundan, bu enerjiyi kullanmanın ve toplumlarımızda kullanmanın yollarını bulmak zor olabilir. Her gün mevcut olan yeni teknolojiler ve yenilikler bunu mümkün kılıyor. Giyilebilir güneş enerjisiyle çalışan pek çok giysi olmasa da Şu anda ziyaret etmek için güneş enerjisi çiftlikleri satın almak veya yüzen güneş enerjisi çiftlikleri satın almak, bu teknolojinin büyük bir potansiyele veya parlak bir geleceğe sahip olmadığı gerçeğini değiştirmez. Giyilebilir güneş pilleri, her gün giydiğimiz giysiler kadar yaygın hale gelmeden önce uzun bir yol kat edecek. giysiler.Gelecek on yıllarda teknoloji ilerledikçe, güneş enerjisi endüstrisinin potansiyeli sonsuzdur.
Raj Shah Hakkında Dr. Raj Shah 27 yıldır çalıştığı New York'taki Koehler Instrument Company'nin yöneticisidir. IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSMTC, Institute of Fizik, Enerji Araştırmaları Enstitüsü ve Royal Society of Chemistry.ASTM Eagle Ödülü sahibi Dr. Shah kısa süre önce, ASTM'nin Uzun zamandır Beklenen Yakıtlar ve Yağlayıcılar El Kitabı, 2. Baskı - 15 Temmuz, 2020 – David Phillips – Petro Sektör Haberleri Makalesi – Petro Online (petro-online.com)
Dr. Shah, Penn State Üniversitesi'nden Kimya Mühendisliği alanında doktora derecesine ve Londra Chartered School of Management'a üyedir.Aynı zamanda Bilim Konseyi'nin Yetkili Bilim Adamı, Enerji Enstitüsü'nün Yetkili Petrol Mühendisi ve Birleşik Krallık Mühendislik Konseyi'dir.Dr.Shah, kısa süre önce Amerika Birleşik Devletleri'ndeki en büyük mühendislik topluluğu olan Tau beta Pi tarafından Seçkin Mühendis olarak onurlandırıldı. Kendisi, Farmingdale Üniversitesi (Makine Teknolojisi), Auburn Üniversitesi (Triboloji) ve Stony Brook Üniversitesi (Kimya Mühendisliği/Kimya Mühendisliği/ Malzeme Bilimi ve Mühendisliği).
Raj, SUNY Stony Brook'ta Malzeme Bilimi ve Kimya Mühendisliği Bölümü'nde yardımcı profesördür, 475'in üzerinde makale yayınlamıştır ve 3 yılı aşkın bir süredir enerji alanında faaliyet göstermektedir. Raj hakkında daha fazla bilgiyi Koehler Instrument Company Direktörü'nde bulabilirsiniz. Uluslararası Fizik Enstitüsü Petro Online'da (petro-online.com) üye olarak seçildi
Bayan Mariz Baslious ve Bay Blerim Gashi, SUNY'de kimya mühendisliği öğrencileridir ve Dr. Raj Shah üniversitenin dış danışma kuruluna başkanlık etmektedir. Mariz ve Blerim, Holtzville, NY'deki Koehler Instrument, Inc.'de büyüyen bir staj programının parçasıdır. öğrencileri alternatif enerji teknolojileri dünyası hakkında daha fazla bilgi edinmeye teşvik eder.
Gönderim zamanı: Şubat-12-2022
