8- منابع انرژی تجدید پذیر برای تولید برق: انرژی خورشیدی

[najm143]

ساخت مایعی که می‌تواند انرژی خورشید را برای ۱۸ سال ذخیره ‌کند



گروهی از دانشمندان سوئدی به تازگی مایعی را ساختند که می‌تواند ۳۰ درصد از انرژی خام خورشیدی را جذب کند. برای بهتر درک کردن قابلیت این مایع، باید در نظر داشت که بهترین صفحه‌های خورشیدی که در دسترس عموم قرار دارد، توانایی جذب ۲۱ درصد از انرژی خام خورشیدی را دارد.

نکته قابل توجه این است که بر خلاف انرژی ذخیره شده در صفحه‌های خورشیدی، مایع موردنظر (که نام نوربُنادین به آن داده شده) توانایی ذخیره انرژی خورشیدی را تا ۱۸ سال دارد. چنین قابلیتی می‌تواند آن را تبدیل به جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی و هسته‌ای کند.

دکتر کاسپر موت-پولسون، استاد دانشگاه صنعتی شالمرز و سرپرست تیم تحقیقاتی درباره این‌باره گفت: «مولکول‌های نوربُنادین که ما ساخته‌ایم از لحاظ جذب انرژی خورشیدی، زمان ذخیره و تراکم انرژی از کارایی بالایی برخوردار هستند. این مولکول‌ها بدون نیاز به مواد عایق می‌توانند انرژی خورشیدی را تا ۱۸ سال یا بیشتر ذخیره کنند.»

دکتر موت-پولسون و اعضای تیم تحقیقاتی‌ او مایع نوربُنادین را بر روی پشت‌بام ساختمان فیزیک دانشگاه صنعتی شالمرز به آزمایش گذاشته‌اند. مایع پس از فعال شدن، گرمایی کمی پایین‌تر از نقطه جوش تولید می‌کند که برای کارا بودن در موقعیت‌های مختلف کافی است.

مایع نوربُنادین برای اینکه به پتانسیل کامل خود برسد به یک ماده حلّال همچون کبالت نیاز دارد که سمی است. تیم تحقیقاتی در پی آن است تا بتواند کاتالیزور‌های کم خطرتری را برای تبدیل کردن مایع نوربُنادین به حالت فعال خود یعنی کوادریسیکلان بیابد. البته اصلی‌ترین روش فعال کردن نوربُنادین، قرار دادن آن در معرض نور خورشید است.

انرژی که هر یک کیلوگرم این مایع تولید می‌کند معادل ۲۵۰ وات ساعت است که دو برابر میزان انرژی باطری خودروهای تسلا است.

عمر انرژیی خورشیدی ذخیره شده در مایع نوربُنادین نیز هنوز از تخمین فراتر نرفته است. چالش در این موارد علمی این است که شما نمی‌دانید چگونه موضوع به مرور زمان تغییر می‌کند و تکامل می‌یابد. خوشبین بودن به این موضوع که راه‌حل جایگزین سوخت‌های فسیلی را یافته‌ایم، آسان است اما واقع‌بینانه آن است که بگوییم نوربُنادین تنها یک گام مثبت به سمت استفاده از منابع طبیعی است که برای نسل‌های آینده باقی خواهد ماند.

این مایع شاید بتواند در مدت کوتاهی جایگزین سوخت‌های فسیلی شود و سطح تولید کربن را پایین بیاورد اما باید دید تحقیقات و آزمایشات روی نوربُنادین چه چیزی را به ارمغان خواهند آورد.


تیم تحقیق مولکولی را ارائه کردند که قادر به ذخیره انرژی خورشیدی است. این مولکول که از کربن ، هیدروژن و نیتروژن ساخته شده است ، خاصیت منحصر به فردی دارد که وقتی در معرض نور خورشید قرار می گیرد ، به یک ایزومر غنی از انرژی تبدیل می شود - مولکولی که از همان اتم ها تشکیل شده است ، اما به روشی متفاوت به هم وصل می شوند.

سپس این ایزومر می تواند برای استفاده در صورت نیاز انرژی بعدی ذخیره شود - مثلاً در شب یا زمستان. این به صورت مایع است و برای استفاده در یک سیستم انرژی خورشیدی ، که محققان آن را MOST (ذخیره انرژی انرژی خورشیدی مولکولی ) نامگذاری کرده اند ، تکمیل شده است . فقط در یک سال گذشته ، تیم تحقیقاتی پیشرفت های چشمگیری در توسعه MOST داشته اند.

این گروه تحقیقاتی برای کنترل آزادسازی انرژی ذخیره شده ، کاتالیزوری را تهیه کرده اند. کاتالیزور به عنوان یک فیلتر عمل می کند ، از طریق آن مایع جریان می یابد و واکنشی را ایجاد می کند که مایع را تا 63 درجه سانتیگراد گرم می کند. اگر مایع هنگام پمپ شدن از طریق فیلتر ، 20 درجه سانتیگراد داشته باشد ، در دمای 83 درجه از آن طرف می آید. در عین حال ، این مولکول را به شکل اولیه خود برمی گرداند ، به طوری که پس از آن در سیستم گرمایش قابل استفاده مجدد است.

در همین دوره ، محققان همچنین یاد گرفتند که طراحی مولکول را بهبود بخشند تا توانایی ذخیره سازی آن افزایش یابد تا این ایزومر بتواند انرژی را تا 18 سال ذخیره کند. این یک پیشرفت اساسی بود ، زیرا تمرکز پروژه در درجه اول ذخیره انرژی شیمیایی است.

علاوه بر این ، این سیستم قبلاً به مایع ای وابسته بود که تا حدودی از تولوئن شیمیایی قابل اشتعال تشکیل شده بود. اما اکنون محققان راهی برای از بین بردن تولوئن بالقوه خطرناک پیدا کرده اند و در عوض فقط از مولکول ذخیره انرژی استفاده می کنند.




سیستم انرژی MOST اکنون به صورت دایره ای کار می کند. اول ، مایع انرژی را از نور خورشید ، در یک جمع کننده حرارتی خورشیدی ، در پشت بام ساختمان ، می گیرد. سپس در دمای اتاق ذخیره می شود و منجر به کمترین تلفات انرژی می شود. در صورت نیاز به انرژی ، می توان از طریق كاتالیزور كشید تا مایع گرم شود. پیش بینی می شود که از این گرما می توان به عنوان مثال در سیستم های گرمایش خانگی استفاده کرد ، پس از آن مایع را می توان به پشت بام ارسال کرد تا انرژی بیشتری جمع کند - همه کاملاً عاری از انتشار و بدون آسیب رساندن به مولکول.

کسپر موت-پولسن می گوید: "ما اخیراً پیشرفتهای اساسی داشته ایم و امروز سیستم انرژی عاری از تولید گازهای گلخانه ای داریم که در تمام طول سال کار می کند."

جمع کننده حرارتی خورشیدی یک بازتابنده مقعر با لوله در مرکز است. این مسیر خورشید را به دور آسمان ردیابی می کند و به همان روش بشقاب ماهواره ای کار می کند و پرتوهای خورشید را به جایی متمرکز می کند که مایع از طریق لوله عبور می کند. حتی می توان روی یک لوله اضافی با آب معمولی اضافه کرد تا سیستم با گرمایش آب معمولی ترکیب شود.

وی ابراز امیدواری کرد که این گروه تحقیقاتی به زودی به افزایش حداقل 110 درجه سانتیگراد برسند و فکر می کنند این فناوری طی 10 سال قابل استفاده باشد.

[najm143]

انرژی حرارتی خورشیدی برای جایگزینی سوخت های فسیلی



مایع انتقال حرارت (HTF) در قسمت خورشیدی گرم می شود و قبل از انتقال به یک مبدل حرارتی (HE) در جایی که بخار ایجاد می کند ، در مخازن ذخیره انرژی ذخیره می شود. HTF از طریق یک حلقه بسته که در آن دوباره به میدان خورشیدی می رود و دوباره گرم می شود ، در جریان است. می توان از بخار یا از برق تولید شده توسط توربین های بخار بهره مند شد.

می توان با بسته تکنولوژی HELIOtube در سطح حرارت ، فرآیند مورد نیاز را به محدوده بین 80 درجه سانتی و 400 درجه سانتیگراد رسانید. علاوه بر این ، فناوری HELIOtube می تواند به عنوان پیش گرمکن استفاده شود


https://youtu.be/fdbHP2DogYQ

[najm143]

پنجره هایی که برق تولید می‌کنند



تیم تحقیقاتی دانشگاه لس آنجلس کالیفرنیا یک نوع سلول خورشیدی پلیمری را ارائه کرده که می تواند انرژی را که عمدتا نور مادون قرمز بوده جذب کند، این سلولها در چشم انسان حدود 70 درصد شفاف هستند و از پلاستیک فتواکتیو که نور مادون قرمز را به جریان الکتریکی تبدیل می کند، ساخته اند.

این نتایج احتمال بالقوه را برای تولید سلولهای خورشیدی پلیمری کاملا شفاف به عنوان مولفه ای از دستگاه های الکترونیک قابل حمل، شیشه های هوشمند و وسائل فتوولتائیک داخلی ساختمان افزایش می دهد.



این سلولهای خورشیدی از مواد شبیه پلاستیک ساخته شده، سبک و قابل انعطاف هستند و می توانند در حجم بالا و قیمت کم تولید شوند.

این سلول ها با ادغام پلیمر حساس نورمادون قرمز نزدیک و نانوسیمهای نقره به عنوان الکترود شفاف، ساخته شده اند.

[najm143]

خانه را رنگ کنید تا برق تولید کند



تأمین برق مورد نیاز خانه ها آن هم با استفاده از انرژی پاک به لطف فناوریهای نوین بیش از پیش رنگ واقعیت به خود می گیرد.

ابتکار جدید محققان در استرالیا در نوع خود جالب توجه است. آنها فرآیند تأمین برق خانه از خورشید را با مقوله زیبایی و سلیقه پیوند زده اند.

تیمی از محققان انستیتو فناوری رویال ملبورن رنگی ساخته اند که می توان از آن به عنوان منبع تولید انرژی پاک هم استفاده کرد.

این رنگ جدید حاوی اکسید تیتانیوم است که در حال حاضر در بسیاری از رنگهای دیواری به کار گرفته می شود. اما ترکیب مهم دیگر سولفید molybdenum نام دارد. این ترکیب شبیه نوعی ژل سیلیکا عمل می کند که در بسته بندی بسیاری از محصولات با هدف جذب رطوبت و سالم ماندن محصول به کار گرفته می شود.

به گفته محققان، این ماده انرژی خورشیدی را همچون رطوبت جذب کرده و در ادامه آب را به دو عنصر سازنده یعنی هیدروژن و اکسیژن تبدیل می کند که از این طریق می توان هیدروژن را برای استفاده از سلولهای سوختی یا تولید برق در خودرو به کار گرفت.

محقق اصلی این پروژه می گوید: افزودن این ترکیب به رنگ به معنای آن است که آجر دیوار خانه عملا به کارخانه کوچک تولید برق از خورشید تبدیل می شود.

[najm143]

تولید برق با کمک شن و ماسه



محققان موسسه علوم و تکنولوژی دانشگاه مصدر امارات پس از چند مرحله آزمایشی دریافتند که می‌توان با فناوری جذب و ذخیره گرمای خورشید در شن‌ و ماسه بیابان هزینه‌های تولید برق را کاهش داد.

محققان این مرکز معتقدند که شن ‌و ماسه موجود در بیابان بهترین نمونه برای جذب گرمای خورشید و تبدیل به برق با استفاده از سامانه‌های مبدل گرما به الکتریسیته یا TES است، چرا که شن ‌و ماسه حتی گرمای خورشید را تا پاسی از شب حفظ کرده و منبع انرژی در دسترس و رایگانی محسوب می‌شوند.

نیکولاس کالوت، استادیار مهندسی مواد از موسسه علوم و فناوری دانشگاه مصدر عنوان کرد: در اولین مرحله آزمایشی مشخص شد که ماسه گرمای خورشید را تا دمای 1000 درجه سانتیگراد حفظ می‌کند. پس شن‌ و ماسه بیابان که در طول روز به شدت گرم می‌شوند، منبعی مناسب، پایدار و رایگان برای تولید برق هستند.

وی در ادامه افزود: در حال حاضر سیستم‌های ذخیره انرژی گرمایی خورشید از موادی مانند روغن و نمک مذاب برای ذخیره گرما در طول روز و تولید برق در شب استفاده می‌کنند، اما این مواد از نظر قیمت و حفظ محیط‌زیست مناسب نیستند و تاثیر منفی بر اقتصاد انرژی خورشیدی دارند.

د

[najm143]

سلول خورشیدی جدید با بازده ۴۴.۷ درصد رکورد جهانی جدیدی ثبت کرد



محققان در موسسه آلمانی Fraunhofer که در مورد سیستم‌های انرژی خورشیدی فعالیت می‌کند، با به کار بردن ساختار جدیدی در سلول خورشیدی که دارای چهار زیر سلول خورشیدی است، به رکورد جهانی جدیدی در تبدیل نور خورشید به الکتریسیته دست یافته‌اند.

سه سال صرف تحقیق روی این تکنولوژی خورشیدی ویژه شده و چهار ماه پیش در ماه می ۲۰۱۳ محققان با استفاده از این تکنولوژی به بازده ۴۳.۶ درصد رسیدند، و اکنون توانستند تا رکورد جهانی ۴۴.۷ درصد را ثبت کنند، بازدهی که به دنیای تکنولوژی خورشیدی نوید نزدیک شدن به راندمان ۵۰ درصدی را می‌دهد.

از این نوع سلول خورشیدی در متمرکز کننده‌های فتوولتائیک (CPV) استفاده می‌شود، طبق گزارش phys.org: «هنگام آزمایش سلول‌های خورشیدی چندلایه که در اصل در فناوری‌های فضایی کاربرد دارد، این تکنولوژی موفق شد تا به بازده بالایی در تبدیل نور خورشید به الکتریسیته دست یابد. در این سلول خورشیدی چند لایه، چندین سلول از مواد نیمه رسانا III-V (متشکل از عناصر گروه ۳ و۵) تشکیل شده که روی هم قرار گرفته‌اند، هر کدام از زیر سلول‌ها محدوده طول موجی متفاوتی از طیف خورشیدی را جذب می‌کند.»

این سلول‌های خورشیدی که در آزمایشگاه Fraunhofer توسعه یافته، در شرکت Soitec به تولید انبوه می‌رسد، این کمپانی تا کنون تعدادی سلول خورشیدی برای نصب در ایتالیا، فرانسه، آفریقای جنوبی و کالیفرنیا و همین‌طور ۱۴ کشور دیگر ساخته است.

[najm143]

نصب اولین سنگ فرش خورشیدی در ویرجینیا توسط دانشجویان



به تازگی توسط دانشجویان مطالعات خورشیدی در دانشگاه جورج واشینگتن تشکیل شده تا اولین پنل خورشیدی مخصوص پیاده روها را در ویرجینیا نصب کند. دانشجویان و طراحان در کل ۲۷ پنل فتوولتائیک کار گذاشته‌اند تا پیاده رویی خورشیدی هم سطح با خیابان بسازند که می‌تواند تا حدود حداکثر ۴۰۰ وات برق تولید کند.

Onyx Solar، مرکزی است که متخصصان فتوولتائیک از اسپانیا را یکجا جمع کرده و پنل‌های نیمه مات این پروژه را که شبیه صفحات آکریلیک دودی هستند را تولید کرده است. این پنل‌های خورشیدی که می‌توان روی آن‌ها راه رفت در قسمت کوچکی از پیاده رو جا گرفته‌اند، که با سیمان‌های اطرافش به خوبی همتراز شده. این پیاده‌روی خورشیدی مسیر کوتاهی را از نوآوری تا کشف پیمود، سنگفرش‌های فتوولتائیک در این تجهیزات می‌تواند تا ماکسیمم ۴۰۰ وات انرژی برای روشن کردن ۴۵۰ عدد LED که زیر پنل ها نصب شده‌اند تولید کنند.

همچنین پیاده رو نیز به داربست‌هایی که طراحی شده، متصل است. داربستی که در پیاده رو انتهایی نصب شده انرژی تولید شده خود را به ساختمان Innovation Hall در دانشگاه ارسال می‌کند.

امید است که این پروژه موجب افزایش پیاده روهای خورشیدی در سراسر دنیا شود و بازده انرژی شهرها را به طور چشمگیری افزایش دهد.

[najm143]

گرافن می‌تواند بازده شصت درصدی سلول‌های خورشیدی را به همراه داشته باشد



جایگزینی برای سیلیکون برای آینده؟

معروف‌ترین ماده برای ساخت سلول‌های خورشیدی سیلیکون است ولی ممکن است این ماده در آینده با گرافن جایگزین شود! گرافن یک ماده‌ی جالب مانند پسر عمویش نانو تیوب کربن می‌باشد که اکنون برای آن کاربرد جدیدی پیدا شده است. این ماده دارای مشخصه‌ی نویدبخشی برای تبدیل نور (فوتون) به الکتریسیته (الکترون) می‌باشد. جواب این سؤال که چرا دانشمندان به این موضوع علاقمند شده‌اند را محققین دانشگاه MIT اینگونه بیان می‌کنند:

مواد رایج مانند سیلیکون و گالیوم آرسناید که نور را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند، به ازای هر فوتون جذب شده، یک الکترون آزاد می‌کنند. از آنجا که یک فوتون انرژی‌اش بیشتر از انرژی‌ای است که یک الکترون می‌تواند حمل کند، اکثر انرژی فرود آمده از طریق نور، توسط گرما هدر می‌رود. اکنون تحقیقات جدید نشان می‌دهد که وقتی گرافن یک فوتون را جذب می‌کند، چند الکترون با ایجاد یک جریان الکتریکی ایجاد می‌کند. ابن بدین معناست که اگر از بتوان گرافن را برای تبدیل نور به الکتریسیته استفاده کرد، بسیار کارآمدتر از وسایل امروزی عمل خواهد کرد.

محققان از موسسه‌ی علوم فوتونیک در اسپانیا به تازگی نتایج تجربیاتشان در مورد تست گرافن را منتشر کرده‌اند. هرچند نتایج آن‌ها تاکنون برای ساخت سنسورهای تصویر بهتر (برای دوربین‌ها، سنسورهای پزشکی و تشخیص نور در شب) بوده است، ولی آن‌ها همچنان نسل سوم سلول‌های خورشیدی با قابلیت دست‌یابی به بازده ۶۰% سخن می‌گویند، چیزی که در صحنه‌ی رقابت در زمینه‌ی انرژی‌های تجدید پذیر را تا حدودی دگرگون خواهد کرد.

[najm143]

پرده های خورشیدی



یکی از این اختراعات جدید پرده هوشمند SolarGaps بوده که توسط مبتکر اوکراینی Yevgen Erik ارائه شده است. این پرده از طریق نور خورشید برق تولید می‌کند و به این طریق در کاهش هزینه‌ها به شما کمک می‌کند.

این پرده‌ها شامل پنل‌های خورشیدی و کرکره‌های موتوری بوده و شما می‌توانید از طریق وای فای گوشی و یا بلوتوث گوشی آن را کنترل کنید. همچنین شما می‌توانید از طریق اتصال SolarGaps به پریز‌های برق و تزریق برق به شبکه، هزینه قبض برق خانه را کاهش دهید. سازندگان این پرده اعلام کردند: استفاده از این محصول موجب کاهش ۷۰ درصدی مصرف انرژی منزل خواهد شد.



پرده‌های هوشمند SolarGap، در طول روز خورشید را دنبال می‌کنند و بهترین موقعیت زاویه ای، برای تولید انرژی سولار تجهیزات برقی خانه، آپارتمان و یا اداره تنظیم می‌کنند.

به گفته تولید کنندگان، این محصول ۱۰۰ وات انرژی در ساعت را در ۱۰ فوت مربع ( 3 متر مربع ) پنجره تولید کرده که این میزان تامین‌کننده نیروی ۳۰ لامپ LED است.

این شرکت اعلام کرد: نصب این پرده خورشیدی ساده و راحت است و بعد از نصب، انرژی مصرفی دستگاه‌های موجود در منزل را تامین می‌کند. این اپلیکیشن به کاربران اجازه تغییر در زاویه تیغه‌های پرده را داده تا جذب انرژی خورشیدی افزایش یابد.

این پرده خورشیدی از سلول‌های خورشیدی ساخته شده که طول عمر آن‌ها ۲۵ سال است. لایه بیرونی این پرده از آلومینیوم ساخته شده و سازگار با هر آب‌وهوایی تا دمای ۴۰ درجه زیر صفر و ۱۷۶ درجه فارنهایت است.

https://youtu.be/OfnxnGXf32Y?t=31

[najm143]

سلول های خورشیدی فوق نازک و کارآمد



محققان آژانس فضایی اروپا(ESA) موفق به ساخت سلول‌های خورشیدی فوق نازکی با تنها ۰.۰۲ میلی‌متر ضخامت شده‌اند که از بهترین سلول خورشیدی حال حاضر، ۳۲ درصد بهره‌وری بیشتری دارد.

آژانس فضایی اروپا از ایجاد این سلول خورشیدی انعطاف پذیر و فوق العاده نازک حمایت کرده است تا بتواند بهترین نسبت قدرت به جرم را برای ماموریت های فضایی فراهم کند.

این سلول های خورشیدی فوق العاده نازک تا حدود ۳۲ درصد راندمان بالاتر نسبت به بهترین نمونه های موجود، با استفاده از تکنیکی به نام "epitaxial lift-off" دارند. به این معنی که آنها دارای زیرلایه ساخته شده از ژرمانیوم هستند و می توان از این مواد گران قیمت مجددا استفاده کرد.⠀⠀⠀⠀⠀⠀

این سلول های خورشیدی به صورت اتصال سه و چهار طرفه تولید شده اند. این بدان معناست که آنها از سه یا چهار لایه مختلف از مواد تشکیل شده اند که برای استفاده از طول موج های مختلف نور طیف خورشیدی بهینه شده اند.

این سلول ها نازک تر از کاغذ و حتی موی انسان هستند.

نمونه های اولیه این سلول های خورشیدی توسط شرکت انرژی خورشیدی فضایی "Azur" در آلمان و شرکت "tf۲" در هلند ساخته شده اند. سلول خورشیدی قابل مشاهده در عکس فوق متعلق به شرکت "tf۲" است. این پروژه توسط بخش توسعه فناوری ESA پشتیبانی شده که فناوری های جدید را برای به کار بردن در فضا بررسی می کند.