Soos die beskawing groei, neem die energie wat nodig is om ons lewenswyse te ondersteun elke dag toe, wat vereis dat ons nuwe en innoverende maniere vind om ons hernubare hulpbronne, soos sonlig, te benut om meer energie te skep vir ons samelewing om voort te gaan met Vooruitgang.
Sonlig het vir eeue lank lewe op ons planeet verskaf en moontlik gemaak. Of dit nou direk of indirek is, die son laat die opwekking toe van byna alle bekende energiebronne soos fossielbrandstowwe, hidro, wind, biomassa, ens. Soos die beskawing groei, word die energie benodig om te ondersteun ons lewenswyse neem elke dag toe, wat van ons vereis om nuwe en innoverende maniere te vind om ons hernubare hulpbronne, soos sonlig, te benut om meer energie te skep vir ons samelewing om voort te gaan met vordering.
So ver terug as die antieke wêreld was ons in staat om te oorleef op sonenergie, met sonlig as 'n energiebron wat ontstaan het in geboue wat meer as 6 000 jaar gelede gebou is, deur die huis so te oriënteer dat sonlig deur openinge beweeg wat as 'n vorm van verhitting dien .Duisende jare later het Egiptenare en Grieke dieselfde tegniek gebruik om hul huise koel te hou gedurende die somer deur hulle teen die son te beskerm [1]. Groot enkelruitvensters word gebruik as sonkrag-termiese vensters, wat hitte van die son toelaat om binne te kom, maar vasvang. die hitte binne.Sonlig was nie net noodsaaklik vir die hitte wat dit in die antieke wêreld geproduseer het nie, maar dit is ook gebruik om voedsel deur sout te preserveer en te bewaar. By versouting word die son gebruik om giftige seewater te verdamp en sout te verkry, wat versamel word in sonkragpoele [1].In die laat Renaissance het Leonardo da Vinci die eerste industriële toepassing van konkawe spieël-sonkragkonsentrators as waterverwarmers voorgestel, en later het Leonardo ook die tegnologie voorgestel om copp te sweiser gebruik van sonstraling en laat tegniese oplossings toe om tekstielmasjinerie te bestuur [1]. Gou tydens die Industriële Revolusie het W. Adams geskep wat nou 'n sonoond genoem word. Hierdie oond het agt simmetriese silwerglasspieëls wat 'n agthoekige weerkaatser vorm. Sonlig is gekonsentreer deur spieëls in 'n glasbedekte houtkas waar die pot geplaas sal word en dit laat kook[1]. Snel 'n paar honderd jaar vorentoe en die sonstoomenjin is omstreeks 1882 gebou [1]. Abel Pifre het 'n konkawe spieël 3.5 gebruik m in deursnee en het dit gefokus op 'n silindriese stoomketel wat genoeg krag opgelewer het om die drukpers aan te dryf.
In 2004 is die wêreld se eerste kommersiële gekonsentreerde sonkragaanleg genaamd Planta Solar 10 in Sevilla, Spanje gevestig. Sonlig word weerkaats op 'n toring van ongeveer 624 meter, waar sonkragontvangers met stoomturbines en kragopwekkers geïnstalleer is. Dit is in staat om energie op te wek. om meer as 5 500 huise van krag te voorsien. Byna 'n dekade later, in 2014, het die wêreld se grootste sonkragaanleg in Kalifornië, VSA, geopen. Die aanleg het meer as 300 000 beheerde spieëls gebruik en het die produksie van 377 megawatt elektrisiteit toegelaat om ongeveer 140 000 huise te dryf [ 1].
Nie net word fabrieke gebou en gebruik nie, maar verbruikers in kleinhandelwinkels skep ook nuwe tegnologieë. Sonpanele het hul debuut gemaak, en selfs sonkrag-aangedrewe motors het ter sprake gekom, maar een van die jongste ontwikkelings wat nog aangekondig moet word, is nuwe sonkrag- aangedrewe draagbare tegnologie.Deur 'n USB-verbinding of ander toestelle te integreer, laat dit verbinding van klere na toestelle soos bronne, fone en oordopjes, wat onderweg gelaai kan word.Net 'n paar jaar gelede het 'n span Japannese navorsers by die Riken Instituut en Torah Industries het die ontwikkeling beskryf van 'n dun organiese sonsel wat klere op klere sou verhit, wat die sel in staat stel om sonenergie te absorbeer en dit as 'n kragbron te gebruik [2] ]. Mikrosonselle is organiese fotovoltaïese selle met termiese stabiliteit en buigsaamheid tot 120 °C [2]. Lede van die navorsingsgroep het organiese fotovoltaïese selle gebaseer op 'n materiaal genaamd PNTz4T [3]. PNTz4T is 'n halfgeleidende polimeer wat voorheen deur Riken ontwikkel is vir uitstekende environmentele stabiliteit en hoë kragomsettingsdoeltreffendheid, dan word beide kante van die sel bedek met elastomeer, 'n rubberagtige materiaal [3]. In die proses het hulle twee vooraf gestrekte 500 mikron-dik akrielelastomere gebruik wat lig toelaat om binne te gaan die sel, maar verhoed dat water en lug die sel binnedring. Die gebruik van hierdie elastomeer help om die agteruitgang van die battery self te verminder en sy lewe te verleng [3].
Een van die bedryf se mees noemenswaardige nadele is water. Die degenerasie van hierdie selle kan deur 'n verskeidenheid faktore veroorsaak word, maar die grootste is water, die gemeenskaplike vyand van enige tegnologie. Enige oormaat vog en langdurige blootstelling aan lug kan die doeltreffendheid negatief beïnvloed van organiese fotovoltaïese selle [4]. Alhoewel jy in die meeste gevalle kan vermy om water op jou rekenaar of foon te kry, kan jy dit nie met jou klere vermy nie. Of dit nou reën of 'n wasmasjien is, water is onvermydelik. Na verskeie toetse oor die vrystaande organiese fotovoltaïese sel en die dubbelzijdig bedekte organiese fotovoltaïese sel, beide organiese fotovoltaïese selle is vir 120 minute in water gedompel, daar is tot die gevolgtrekking gekom dat die krag van die vrystaande organiese fotovoltaïese sel Die omskakelingsdoeltreffendheid word slegs verminder deur 5.4%.Selle het met 20.8% afgeneem [5].
Figuur 1. Genormaliseerde drywingsomsettingsdoeltreffendheid as 'n funksie van onderdompelingstyd. Die foutstawe op die grafiek verteenwoordig die standaardafwyking genormaliseer deur die gemiddelde van die aanvanklike drywingsomsettingsdoeltreffendheid in elke struktuur [5].
Figuur 2 beeld nog 'n ontwikkeling by Nottingham Trent Universiteit uit, 'n miniatuur sonsel wat in 'n garing ingebed kan word, wat dan in 'n tekstiel geweef word [2]. Elke battery wat by die produk ingesluit is, voldoen aan sekere kriteria vir gebruik, soos die vereistes van 3mm lank en 1,5mm breed[2].Elke eenheid is met 'n waterdigte hars gelamineer sodat wasgoed in die waskamer of weens weer gewas kan word [2]. Die batterye is ook aangepas vir gerief, en elkeen is in 'n gemonteer manier wat nie die draer se vel uitsteek of irriteer nie. In verdere navorsing is gevind dat in 'n klein kledingstuk soortgelyk aan 'n 5cm^2-afdeling net meer as 200 selle kan bevat, wat ideaal 2,5 – 10 volt energie produseer, en tot die gevolgtrekking gekom dat daar net 2000 selle is Selle nodig het om slimfone te kan laai [2].
Figuur 2. Mikrosonselle 3 mm lank en 1,5 mm breed (foto met vergunning van Nottingham Trent Universiteit) [2].
Fotovoltaïese stowwe smelt twee liggewig- en laekoste-polimere saam om energiegenererende tekstiele te skep. Die eerste van die twee komponente is 'n mikrosonsel, wat energie uit sonlig oes, en die tweede bestaan uit 'n nanogenerator, wat meganiese energie in elektrisiteit omskakel [ 6].Die fotovoltaïese deel van die stof bestaan uit polimeervesels, wat dan bedek word met lae mangaan, sinkoksied ('n fotovoltaïese materiaal), en koperjodied (vir ladingversameling) [6]. Die selle word dan saam geweef met 'n piepklein koperdraad en geïntegreer in die kledingstuk.
Die geheim agter hierdie innovasies lê in die deursigtige elektrodes van buigsame fotovoltaïese toestelle.Deursigtige geleidende elektrodes is een van die komponente op fotovoltaïese selle wat lig toelaat om die sel binne te kom, wat die ligversameltempo verhoog.Indium-gedoteerde tinoksied (ITO) word gebruik om hierdie deursigtige elektrodes te vervaardig, wat gebruik word vir sy ideale deursigtigheid (>80%) en goeie plaatweerstand sowel as uitstekende omgewingstabiliteit [7]. Die ITO is deurslaggewend omdat al sy komponente in byna perfekte verhoudings is.Die verhouding van dikte gekombineer met deursigtigheid en weerstand maksimeer die resultate van die elektrodes [7].Enige fluktuasies in die verhouding sal die elektrodes en dus die werkverrigting negatief beïnvloed.Byvoorbeeld, die verhoging van die dikte van die elektrode verminder deursigtigheid en weerstand, wat lei tot prestasie-agteruitgang. ITO is egter 'n eindige hulpbron wat vinnig verbruik word. Navorsing is aan die gang om 'n alternatief te vind wat nie net bereik nieITO, maar sal na verwagting die prestasie van ITO oortref [7].
Materiale soos polimeersubstrate wat met deursigtige geleidende oksiede gemodifiseer is, het tot dusver in gewildheid gegroei. Ongelukkig is getoon dat hierdie substrate bros, styf en swaar is, wat buigsaamheid en werkverrigting aansienlik verminder [7]. Navorsers bied 'n oplossing vir gebruik buigsame veselagtige sonselle as elektrodevervangings. 'n Veselagtige battery bestaan uit 'n elektrode en twee duidelike metaaldrade wat gedraai en gekombineer word met 'n aktiewe materiaal om die elektrode te vervang [7]. Sonselle het belofte getoon weens hul ligte gewig , maar die probleem is die gebrek aan kontakarea tussen die metaaldrade, wat die kontakarea verminder en dus verswakte fotovoltaïese werkverrigting tot gevolg het [7].
Omgewingsfaktore is ook 'n groot motiveerder vir voortgesette navorsing. Tans maak die wêreld baie staat op nie-hernubare energiebronne soos fossielbrandstowwe, steenkool en olie. Die verskuiwing van die fokus van nie-hernubare energiebronne na hernubare energiebronne, insluitend sonenergie, is 'n noodsaaklike belegging vir die toekoms. Miljoene mense laai elke dag hul fone, rekenaars, skootrekenaars, slimhorlosies en alle elektroniese toestelle, en die gebruik van ons materiaal om hierdie toestelle te laai net deur te loop, kan ons gebruik van fossielbrandstowwe verminder. onbenullig op 'n klein skaal van 1 of selfs 500 mense, wanneer dit tot tienmiljoene opgeskaal word, kan dit ons gebruik van fossielbrandstowwe aansienlik verminder.
Dit is bekend dat sonpanele in sonkragaanlegte, insluitend dié wat bo-op huise gemonteer is, help om hernubare energie te gebruik en die gebruik van fossielbrandstowwe, wat steeds baie gebruik word, te verminder.Amerika.Een van die groot probleme vir die bedryf is om grond te bekom om bou hierdie plase.'n Gemiddelde huishouding kan net 'n sekere aantal sonpanele ondersteun, en die aantal sonkragplase is beperk.In gebiede met oorgenoeg spasie is die meeste mense altyd huiwerig om 'n nuwe sonkragaanleg te bou omdat dit die moontlikheid permanent sluit. en potensiaal van ander geleenthede op die land, soos nuwe besighede.Daar is 'n groot aantal drywende fotovoltaïese paneelinstallasies wat onlangs groot hoeveelhede elektrisiteit kan opwek, en die hoofvoordeel van drywende sonkragplase is kostevermindering [8]. grond nie gebruik word nie, hoef u nie bekommerd te wees oor installasiekoste bo-op huise en geboue nie. Alle huidige bekende drywende sonkragplase is op kunsmatige waterliggame geleë, en in die toekoms is dit is moontlik om hierdie plase op natuurlike waterliggame te plaas.Kunsmatige reservoirs het baie voordele wat nie algemeen in die see voorkom nie [9]. Mensgemaakte reservoirs is maklik om te bestuur, en met vorige infrastruktuur en paaie kan plase eenvoudig geïnstalleer word. Daar is ook getoon dat drywende sonkragplase meer produktief is as landgebaseerde sonkragplase as gevolg van temperatuurvariasies tussen water en grond [9]. As gevolg van die hoë spesifieke hitte van water is die oppervlaktemperatuur van grond oor die algemeen hoër as dié van waterliggame, en daar is getoon dat hoë temperature die prestasie van sonpaneel-omskakelingskoerse. Alhoewel temperatuur nie beheer hoeveel sonlig 'n paneel ontvang nie, beïnvloed dit wel hoeveel energie jy van sonlig ontvang. By lae energieë (dws koeler temperature), sal die elektrone binne die sonpaneel in 'n rustende toestand, en dan wanneer sonlig tref, sal hulle 'n opgewekte toestand bereik [10]. Die verskil tussen die rustende toestand en die opgewekte toestand is hoeveel energie in die spanning opgewek word. Nie net kan sonlig nieht hierdie elektrone opwek, maar dit kan ook verhit word. As die hitte rondom die sonpaneel die elektrone energie gee en hulle in 'n lae opgewekte toestand plaas, sal die spanning nie so groot wees wanneer sonlig die paneel tref nie [10]. Aangesien land absorbeer en uitstraal verhit makliker as water, die elektrone in 'n sonpaneel op land sal waarskynlik in 'n hoër opgewekte toestand wees, en dan is die sonpaneel op of naby 'n watermassa geleë wat koeler is.Verdere navorsing het bewys dat die verkoelingseffek van die water rondom die drywende panele help om 12,5% meer energie op te wek as op land [9].
Tot dusver voldoen sonpanele net aan 1% van Amerika se energiebehoeftes, maar as hierdie sonkragplase op tot 'n kwart van mensgemaakte waterreservoirs geplant word, sal sonpanele aan byna 10% van Amerika se energiebehoeftes voldoen. In Colorado, waar dryf panele is so gou moontlik ingebring, twee groot waterreservoirs in Colorado het baie water verloor as gevolg van verdamping, maar deur hierdie drywende panele te installeer, is verhoed dat die reservoirs uitdroog en elektrisiteit is opgewek [11].Selfs een persent van die mens -gemaakte reservoirs toegerus met sonkragplase sal genoeg wees om ten minste 400 gigawatt elektrisiteit op te wek, genoeg om 44 miljard LED-gloeilampe vir meer as 'n jaar aan te dryf.
Figuur 4a toon die kragtoename wat deur die drywende sonsel verskaf word in verhouding tot Figuur 4b. Alhoewel daar min drywende sonkragplase in die afgelope dekade was, maak dit steeds so 'n groot verskil in kragopwekking. In die toekoms, wanneer drywende sonplase meer volop word, word gesê dat die totale energie geproduseer sal verdriedubbel van 0.5TW in 2018 tot 1.1TW teen die einde van 2022.[12].
Omgewingsgesproke is hierdie drywende sonkragplase op baie maniere baie voordelig. Benewens die vermindering van afhanklikheid van fossielbrandstowwe, verminder sonkragplase ook die hoeveelheid lug en sonlig wat die water se oppervlak bereik, wat kan help om klimaatsverandering om te keer [9]. plaas wat windspoed verminder en direkte sonlig wat die wateroppervlak met ten minste 10% tref, kan 'n volle dekade van aardverwarming vergoed [9]. In terme van biodiversiteit en ekologie blyk geen groot negatiewe impakte gevind te word nie. Die panele verhoed hoë wind. aktiwiteit op die wateroppervlak, wat daardeur erosie op die rivieroewer verminder, plantegroei beskerm en stimuleer.[13]. Daar is geen definitiewe resultate oor of seelewe geraak word nie, maar maatreëls soos die skulpgevulde bio-hut wat deur Ecocean geskep is, het onder fotovoltaïese panele ondergedompel is om moontlik die seelewe te ondersteun.[13].Een van die belangrikste bekommernisse van voortgesette navorsing is die potensiële impak op die voedselketting as gevolg van die installering van infrastruktuur soos bv.fotovoltaïese panele op oop water eerder as mensgemaakte reservoirs. Aangesien minder sonlig die waters binnedring, veroorsaak dit 'n vermindering in die tempo van fotosintese, wat 'n massiewe verlies van fitoplankton en makrofiete tot gevolg het.Met die vermindering van hierdie plante, die impak op diere laer in die voedselketting, ens., lei tot subsidies vir waterorganismes [14]. Alhoewel dit nog nie gebeur het nie, kan dit verdere potensiële skade aan die ekosisteem voorkom, 'n groot nadeel van drywende sonkragplase.
Aangesien die son ons grootste bron van energie is, kan dit moeilik wees om maniere te vind om hierdie energie te benut en dit in ons gemeenskappe te gebruik. Nuwe tegnologieë en innovasies wat elke dag beskikbaar is maak dit moontlik. Alhoewel daar nie baie draagbare sonkrag-aangedrewe kledingstukke is nie om sonkragplase te koop of te dryf om nou te besoek, dit verander nie die feit dat die tegnologie nie 'n groot potensiaal of 'n blink toekoms het nie. Swaai sonselle het 'n lang pad om te gaan in 'n natuurlewe sin om so algemeen te wees as sonpanele bo-op huise.Draagbare sonselle het 'n lang pad om te gaan voordat hulle so algemeen word soos die klere wat ons elke dag dra.In die toekoms word verwag dat sonselle in die alledaagse lewe gebruik sal word sonder dat dit tussen ons versteek hoef te word klere. Soos tegnologie vorder in die komende dekades, is die potensiaal van die sonkragbedryf eindeloos.
Oor Raj Shah Dr. Raj Shah is 'n direkteur van die Koehler Instrument Company in New York, waar hy al 27 jaar gewerk het. Hy is 'n genoot wat verkies is deur sy kollegas by IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSMTC, Institute of Fisika, Instituut vir Energienavorsing en die Royal Society of Chemistry. Ontvanger van die ASTM Eagle-toekenning Dr. Shah het onlangs die topverkoper "Fuels and Lubricants Handbook," besonderhede beskikbaar in ASTM se Long Awaited Fuels and Lubricants Handbook, 2de Uitgawe – 15 Julie, geredigeer. 2020 – David Phillips – Petro Industry Nuusartikel – Petro Online (petro-online.com)
Dr. Shah het 'n PhD in Chemiese Ingenieurswese van die Penn State University en 'n genoot van die Chartered School of Management, Londen.Hy is ook 'n Geoktrooieerde Wetenskaplike van die Wetenskaplike Raad, 'n Geoktrooieerde Petroleumingenieur van die Energie-instituut en 'n Britse Ingenieursraad. Dr.Shah is onlangs as 'n uitnemende ingenieur vereer deur Tau beta Pi, die grootste ingenieursvereniging in die Verenigde State. Hy is op die adviesrade van Farmingdale Universiteit (Meganiese Tegnologie), Auburn Universiteit (Tribologie) en Stony Brook Universiteit (Chemiese Ingenieurswese/ Materiaalwetenskap en Ingenieurswese).
Raj is 'n adjunkprofessor in die Departement Materiaalwetenskap en Chemiese Ingenieurswese by SUNY Stony Brook, het meer as 475 artikels gepubliseer en is al meer as 3 jaar aktief in die energieveld. Meer inligting oor Raj kan gevind word by Koehler Instrument Company se Direkteur verkies as 'n genoot by die International Institute of Physics Petro Online (petro-online.com)
Me Mariz Baslious en mnr. Blerim Gashi is chemiese ingenieurstudente by SUNY, en dr. Raj Shah is voorsitter van die universiteit se eksterne adviesraad. Mariz en Blerim is deel van 'n groeiende internskapprogram by Koehler Instrument, Inc. in Holtzville, NY, wat moedig studente aan om meer oor die wêreld van alternatiewe energietegnologieë te leer.
Postyd: 12 Februarie 2022
