Dum civilizacio kreskas, la energio necesa por subteni nian vivmanieron pliiĝas ĉiutage, postulante nin trovi novajn kaj novigajn manierojn utiligi niajn renovigeblajn rimedojn, kiel sunlumo, por krei pli da energio por nia socio por daŭrigi Progreson.
Sunlumo havigis kaj ebligis vivon sur nia planedo dum jarcentoj.Ĉu rekte aŭ nerekte, la suno permesas la generacion de preskaŭ ĉiuj konataj energifontoj kiel fosiliaj brulaĵoj, hidro, vento, biomaso, ktp.Kam civilizacio kreskas, la energio necesa por subteni nia vivmaniero pliiĝas ĉiutage, postulante nin trovi novajn kaj novigajn manierojn utiligi niajn renovigeblajn rimedojn, kiel sunlumo, por krei pli da energio por nia socio daŭrigi Progreson.
Jam en la antikva mondo ni povis pluvivi per suna energio, uzante sunlumon kiel energifonton originis de konstruaĵoj konstruitaj antaŭ pli ol 6 000 jaroj, per orientiĝo de la domo tiel ke sunlumo pasas tra aperturoj kiuj funkcias kiel formo de hejtado. .Miloj da jaroj poste, egiptoj kaj grekoj uzis la saman teknikon por konservi siajn domojn malvarmetaj dum somero ŝirmante ilin kontraŭ la suno [1].Grandaj unufenestroj estas uzataj kiel sunaj termikaj fenestroj, permesante al varmo de la suno eniri sed kaptante. la varmego ene.Sunlumo estis ne nur esenca por la varmo, kiun ĝi produktis en la antikva mondo, sed ĝi ankaŭ estis uzata por konservi kaj konservi manĝaĵojn per salo.En salinigo, la suno estas uzata por vaporigi toksan marakvon kaj akiri salon, kiu estas kolektita. en sunaj naĝejoj [1].En la malfrua Renesanco, Leonardo da Vinci proponis la unuan industrian aplikon de konkavaj spegulaj sunkoncentriloj kiel akvovarmigiloj, kaj poste Leonardo proponis ankaŭ la teknologion de veldado de kupro.er uzante sunradiadon kaj permesante teknikajn solvojn funkcii tekstilajn maŝinojn [1].Baldaŭ dum la Industria Revolucio, W. Adams kreis tion, kio nun nomiĝas suna forno.Tiu forno havas ok simetriajn arĝentajn vitrospegulojn kiuj formas okangulan reflektilon.Sunlumo estas koncentrite per speguloj en vitrokovritan lignan skatolon, kie oni metos la poton kaj lasos ĝin boli[1].Rapide antaŭen kelkajn cent jarojn kaj la suna vapormaŝino estis konstruita ĉirkaŭ 1882 [1].Abel Pifre uzis konkavan spegulon 3.5 m en diametro kaj enfokusigis ĝin sur cilindra vaporkaldrono kiu produktis sufiĉe da potenco por movi la presilon.
En 2004, en Sevilo, Hispanio, estis establita la unua komerca koncentrita sunenergia centralo de la mondo nomita Planta Solar 10. Sunlumo estas reflektita sur turo de proksimume 624 metroj, kie sunaj riceviloj estas instalitaj kun vaporturbinoj kaj generatoroj. Ĉi tio kapablas generi energion. por funkciigi pli ol 5 500 hejmojn.Preskaŭ jardekon poste, en 2014, la plej granda sunenergia centralo de la mondo malfermiĝis en Kalifornio, Usono.La planto uzis pli ol 300 000 kontrolitajn spegulojn kaj permesis la produktadon de 377 megavatoj da elektro por funkciigi proksimume 140 000 hejmojn [ 1].
Ne nur fabrikoj estas konstruitaj kaj uzataj, sed konsumantoj en podetalaj vendejoj ankaŭ kreas novajn teknologiojn.Sunaj paneloj faris sian debuton, kaj eĉ sunenergiaj aŭtoj eniris, sed unu el la plej novaj evoluoj ankoraŭ anoncitaj estas nova sun- powered wearable technology.Integrite USB-konekton aŭ aliajn aparatojn, ĝi permesas konekton de vestaĵo al aparatoj kiel fontoj, telefonoj kaj aŭdiloj, kiuj povas esti ŝargitaj survoje. Antaŭ nur kelkaj jaroj, teamo de japanaj esploristoj ĉe la Riken Institute kaj Torah Industries priskribis la evoluon de maldika organika sunĉelo kiu varmpresus vestaĵojn sur vestaĵon, permesante al la ĉelo absorbi sunenergion kaj uzi ĝin kiel energifonton [2] ].Mikro-sunĉeloj estas organikaj fotovoltaecaj ĉeloj kun termika. stabileco kaj fleksebleco ĝis 120 °C [2].Membroj de la esplorgrupo bazigis organikajn fotovoltaajn ĉelojn sur materialo nomata PNTz4T [3].PNTz4T estas duonkondukta polimero antaŭe evoluigita de Riken por bonega eno.ekologia stabileco kaj alta potenco-konverta efikeco, tiam ambaŭ flankoj de la ĉelo estas kovritaj per elastomero, kaŭĉuk-simila materialo [3].En la procezo, ili uzis du antaŭ-streĉitajn 500-mikron-dikaj akrilaj elastomeroj kiuj permesas lumon eniri. la ĉelo sed malhelpas akvon kaj aero eniri la ĉelon.La uzo de ĉi tiu elastomero helpas malpliigi la degeneron de la baterio mem kaj plilongigi ĝian vivon [3].
Unu el la plej rimarkindaj malavantaĝoj de la industrio estas akvo. La degenero de ĉi tiuj ĉeloj povas esti kaŭzita de diversaj faktoroj, sed la plej granda estas akvo, la komuna malamiko de iu ajn teknologio. Ajna troa humideco kaj longedaŭra eksponiĝo al aero povas negative influi la efikecon. de organikaj fotovoltaikaj ĉeloj [4].Kvankam oni povas eviti akiri akvon sur via komputilo aŭ telefono en la plej multaj kazoj, oni ne povas eviti ĝin per viaj vestaĵoj.Ĉu ĝi estas pluvo aŭ lavmaŝino, akvo estas neevitebla.Post diversaj provoj sur la memstaranta organika fotovoltaeca ĉelo kaj la duflanka kovrita organika fotovoltaeca ĉelo, ambaŭ organikaj fotovoltaaj ĉeloj estis mergitaj en akvon dum 120 minutoj, oni konkludis, ke la potenco de la sendependa organika fotovoltaa ĉelo estis La konverta efikeco estas nur reduktita per 5,4%.Ĉeloj malpliiĝis je 20,8% [5].
Figuro 1. Normaligita potenco-konverta efikeco kiel funkcio de merga tempo. La eraraj stangoj sur la grafeo reprezentas la norman devion normaligitan per la meznombro de la komencaj potencaj konvertaj efikecoj en ĉiu strukturo [5].
Figuro 2 prezentas alian evoluon en Nottingham Trent University, miniaturan sunĉelon kiu povas esti enigita en fadenon, kiu tiam estas teksita en teksaĵon [2].Ĉiu baterio inkluzivita en la produkto plenumas certajn kriteriojn por uzo, kiel la postuloj de 3mm longa kaj 1.5mm larĝa[2].Ĉiu unuo estas lamenigita kun akvorezista rezino por permesi lavotaĵon esti lavita en la lavejo aŭ pro vetero [2].La kuirilaroj ankaŭ estas tajloritaj por komforto, kaj ĉiu estas muntita en maniero kiu ne protrudas aŭ iritas la haŭton de la portanto.En plua esplorado oni trovis, ke en malgranda vestaĵo simila al 5cm^2 sekcio de ŝtofo povas enhavi iom pli ol 200 ĉelojn, ideale produktante 2,5 – 10 voltojn da energio, kaj konkludis, ke ekzistas nur 2000 ĉeloj, kiujn Ĉeloj bezonas por povi ŝargi saĝtelefonojn [2].
Figuro 2. Mikro-sunaj ĉeloj 3 mm longaj kaj 1,5 mm larĝaj (foto ĝentile de Nottingham Trent University) [2].
Fotovoltaikaj ŝtofoj kunfandas du malpezajn kaj malmultekostajn polimerojn por krei energigenerajn teksaĵojn.La unua el la du komponantoj estas mikrosuna ĉelo, kiu rikoltas energion el sunlumo, kaj la dua konsistas el nanogeneratoro, kiu transformas mekanikan energion en elektron [ 6].La fotovoltaa parto de la ŝtofo konsistas el polimeraj fibroj, kiuj tiam estas kovritaj per tavoloj de mangano, zinkoksido (fotovoltaa materialo), kaj kupra joduro (por ŝargokolekto) [6].La ĉeloj tiam estas teksitaj kune kun eta kupra drato kaj integrita en la veston.
La sekreto malantaŭ ĉi tiuj novigoj kuŝas en la travideblaj elektrodoj de flekseblaj fotovoltaikaj aparatoj. Travideblaj konduktaj elektrodoj estas unu el la komponantoj sur fotovoltaikaj ĉeloj, kiuj permesas al lumo eniri la ĉelon, pliigante la malpezan kolekton. Oni uzas indi-dopitan stanan oksidon (ITO). por fabriki ĉi tiujn travideblajn elektrodojn, kiuj estas uzataj por ĝia ideala travidebleco (>80%) kaj bona folia rezisto same kiel bonega media stabileco [7].La ITO estas decida ĉar ĉiuj ĝiaj komponantoj estas en preskaŭ perfektaj proporcioj.La rilatumo de dikeco kombinita kun travidebleco kaj rezisto maksimumigas la rezultojn de la elektrodoj [7].Ajnaj fluktuoj en la rilatumo negative influos la elektrodojn kaj tiel la agadon.Ekzemple, pliigi la dikecon de la elektrodo reduktas travideblecon kaj reziston, kondukante al rendimento-degenero. Tamen, ITO estas finia rimedo kiu estas rapide konsumita. Esplorado estis daŭranta por trovi alternativon kiu ne nur atingasITO, sed estas atendita superi la agadon de ITO [7].
Materialoj kiel polimeraj substratoj, kiuj estis modifitaj per travideblaj konduktaj oksidoj, kreskis en populareco ĝis nun.Bedaŭrinde, ĉi tiuj substratoj montriĝis fragilaj, rigidaj kaj pezaj, kio multe reduktas flekseblecon kaj rendimenton [7].Esploristoj proponas solvon por uzante flekseblajn fibrosimilajn sunĉelojn kiel elektrod-anstataŭaĵojn.Fibra baterio konsistas el elektrodo kaj du apartaj metaldratoj kiuj estas torditaj kaj kombinitaj kun aktiva materialo por anstataŭigi la elektrodon [7].Sunĉeloj montris promeson pro sia malpeza pezo. , sed la problemo estas la manko de kontakta areo inter la metaldratoj, kiu reduktas la kontaktan areon kaj tiel rezultigas degraditan fotovoltaecan efikecon [7].
Mediaj faktoroj ankaŭ estas granda instigo por daŭra esplorado.Nuntempe, la mondo dependas multe de nerenovigeblaj energifontoj kiel fosiliaj brulaĵoj, karbo kaj petrolo. Ŝanĝi la fokuson de nerenovigeblaj energifontoj al renovigeblaj energifontoj, inkluzive de suna energio, estas necesa investo por la estonteco. Ĉiutage milionoj da homoj ŝargas siajn telefonojn, komputilojn, tekkomputilojn, inteligentajn horloĝojn kaj ĉiujn elektronikajn aparatojn, kaj uzi niajn ŝtofojn por ŝargi ĉi tiujn aparatojn nur promenante povas redukti nian uzon de fosiliaj brulaĵoj. Dum tio povas ŝajni. bagatela sur malgranda skalo de 1 aŭ eĉ 500 homoj, kiam ĝi skale ĝis dekoj da milionoj ĝi povus signife redukti nian uzon de fosiliaj brulaĵoj.
Sunpaneloj en sunenergiaj centraloj, inkluzive de tiuj muntitaj sur domoj, povas helpi uzi renovigeblan energion kaj redukti la uzon de fosiliaj brulaĵoj, kiuj ankoraŭ estas tre uzataj.Ameriko.Unu el la ĉefaj problemoj por la industrio estas akiri teron por konstrui ĉi tiujn bienojn.Averaĝa domanaro povas nur subteni certan nombron da sunpaneloj, kaj la nombro da sunaj bienoj estas limigita.En lokoj kun ampleksa spaco, la plej multaj homoj ĉiam hezitas konstrui novan suncentralon ĉar ĝi konstante fermas la eblecon. kaj potencialo de aliaj ŝancoj sur la tero, kiel novaj entreprenoj.Estas granda nombro da flosantaj fotovoltaecaj panelinstalaĵoj kiuj povas generi grandajn kvantojn da elektro lastatempe, kaj la ĉefa avantaĝo de flosantaj sunaj bienoj estas kostoredukto [8].Se la tero ne estas uzata, ne necesas zorgi pri instalkostoj aldone al domoj kaj konstruaĵoj.Ĉiuj nuntempe konataj flosantaj sunaj bienoj situas sur artefaritaj akvokorpoj, kaj estonte ĝi iEblas meti ĉi tiujn bienojn sur naturajn akvokorpojn.Artefaritaj rezervujoj havas multajn avantaĝojn kiuj ne estas oftaj en la oceano [9] .Homfaritaj rezervujoj estas facile administreblaj, kaj kun antaŭaj infrastrukturoj kaj vojoj, bienoj simple povas esti instalitaj. Flosantaj sunbienoj ankaŭ pruviĝis pli produktivaj ol. surteraj sunbienoj pro temperaturvarioj inter akvo kaj tero [9].Pro la alta specifa varmo de akvo, la surfaca temperaturo de tero estas ĝenerale pli alta ol tiu de akvokorpoj, kaj altaj temperaturoj pruviĝis negative influas la rendimento de suna panelaj konvertiĝoj. Dum temperaturo ne kontrolas kiom da sunlumo panelo ricevas, ĝi ja influas kiom da energio vi ricevas de sunlumo. Je malaltaj energioj (t.e., pli malvarmaj temperaturoj), la elektronoj ene de la suna panelo estos en. ripozan staton, kaj tiam kiam sunlumo trafos, ili atingos ekscititan staton [10].La diferenco inter la ripoza stato kaj la ekscitita stato estas kiom da energio estas generita en la tensio.Ne nur povas sunlig.ht ekscitas ĉi tiujn elektronojn, sed ankaŭ povas varmigi.Se la varmo ĉirkaŭ la sunpanelo energiigas la elektronojn kaj metas ilin en malaltan ekscititan staton, la tensio ne estos tiom granda kiam sunlumo trafos la panelon [10].Ĉar tero sorbas kaj elsendas. varmiĝas pli facile ol akvo, la elektronoj en suna panelo surtere verŝajne estos en pli alta ekscitita stato, kaj tiam la sunpanelo situas sur aŭ proksime de akvoareo kiu estas pli malvarmeta.Pliaj esploroj pruvis, ke la malvarmiga efiko de la akvo ĉirkaŭ la flosantaj paneloj helpas generi 12,5% pli da energio ol surtere [9].
Ĝis nun, sunpaneloj kontentigas nur 1% de la energibezonoj de Usono, sed se ĉi tiuj sunbienoj estus plantitaj sur ĝis kvarono de homfaritaj akvorezervujoj, sunpaneloj kontentigus preskaŭ 10% de la energibezonoj de Usono.En Kolorado, kie flosado. paneloj estis enkondukitaj kiel eble plej baldaŭ, du grandaj akvorezervujoj en Kolorado perdis multe da akvo pro vaporiĝo, sed instalante tiujn flosajn panelojn, la rezervujoj estis malhelpitaj sekiĝi kaj elektro estis generita [11].Eĉ unu procento de homo. -faritaj rezervujoj ekipitaj per sunaj bienoj sufiĉus por generi almenaŭ 400 gigavatojn da elektro, sufiĉe por funkciigi 44 miliardojn da LED-ampoloj dum pli ol unu jaro.
Figuro 4a montras la potencopliiĝon provizitan de la flosanta sunĉelo rilate al Figuro 4b.Dum estis malmultaj flosantaj sunaj bienoj en la pasinta jardeko, ili ankoraŭ faras tiom grandan diferencon en elektroproduktado. En la estonteco, kiam flosantaj sunbienoj. fariĝi pli abunda, la tuta energio produktita laŭdire triobliĝos de 0.5TW en 2018 al 1.1TW antaŭ la fino de 2022.[12].
Ekologie parolante, ĉi tiuj flosantaj sunaj bienoj estas tre utilaj en multaj manieroj.Krom redukti dependecon de fosiliaj fueloj, sunbienoj ankaŭ reduktas la kvanton de aero kaj sunlumo atingantaj la akvosurfacon, kio povas helpi inversigi klimatan ŝanĝon [9]. bieno kiu reduktas ventorapidecon kaj rekta sunlumo trafanta la akvosurfacon je almenaŭ 10% povus kompensi plenan jardekon da mondvarmiĝo [9].Laŭ biodiverseco kaj ekologio, neniuj grandaj negativaj efikoj ŝajnas esti trovitaj. La paneloj malhelpas altan venton. agado sur la akvosurfaco, tiel reduktante erozion sur la riverbordo, protektante kaj stimulante vegetaĵaron.[13].Ne estas definitivaj rezultoj ĉu la mara vivo estas tuŝita, sed rimedoj kiel la ŝelplena biokabano kreita de Ecocean havas. estis submergita sub fotovoltaikaj paneloj por eble subteni maran vivon.[13].Unu el la ĉefaj zorgoj de daŭranta esplorado estas la ebla efiko al la nutroĉeno pro la instalado de infrastrukturo kiel ekzemple.fotovoltaikaj paneloj sur malferma akvo prefere ol homfaritaj rezervujoj. Ĉar malpli sunlumo eniras la akvojn, ĝi kaŭzas redukton en la rapideco de fotosintezo, rezultigante masivan perdon de fitoplanktono kaj makrofitoj. Kun la redukto de ĉi tiuj plantoj, la efiko sur bestoj. pli malalta en la nutroĉeno ktp., kondukas al subvencioj por akvaj organismoj [14].Kvankam ĝi ankoraŭ ne okazis, tio povus malhelpi plian ebla damaĝo al la ekosistemo, grava malavantaĝo de flosantaj sunbienoj.
Ĉar la suno estas nia plej granda fonto de energio, povas esti malfacile trovi manierojn utiligi ĉi tiun energion kaj uzi ĝin en niaj komunumoj. Novaj teknologioj kaj novigoj disponeblaj ĉiutage ebligas tion. Kvankam ne estas multaj porteblaj sunenergiaj vestaĵoj. aĉeti aŭ flosantajn sunbienojn por viziti nun, tio ne ŝanĝas la fakton, ke la teknologio ne havas grandegan potencialon aŭ brilan estontecon. Flosantaj sunaj ĉeloj havas longan vojon por iri en natura senco por esti tiel oftaj kiel sunpaneloj supre de hejmoj. Porteblaj sunaj ĉeloj havas longan vojon antaŭ ol ili fariĝos tiel oftaj kiel la vestaĵoj, kiujn ni portas ĉiutage. Estontece, sunĉeloj estas atenditaj esti uzataj en la ĉiutaga vivo sen devi esti kaŝitaj inter niaj. vestaĵoj.Dum la teknologio progresas en la venontaj jardekoj, la potencialo de la suna industrio estas senfina.
Pri Raj Shah D-ro Raj Shah estas direktoro de la Koehler Instrument Company en Novjorko, kie li laboris dum 27 jaroj.Li estas ulo elektita de siaj kolegoj ĉe IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSMTC, Instituto de Fiziko, Instituto de Energio-Esplorado kaj la Reĝa Societo de Kemio. La ricevanto de la Premio ASTM Aglo D-ro Shah lastatempe kunredaktis la plej vendatan "Manlibron pri Karburaĵoj kaj Lubrikaĵoj", detaloj haveblaj en la Longa Atendita Manlibro pri Fuelaĵoj kaj Lubrikaloj de ASTM, 2-a Eldono - la 15-an de julio, 2020 - David Phillips - Novaĵo pri Petro Industria - Petro Online (petro-online.com)
D-ro Shah havas PhD en Kemia Inĝenierado de Penn State University kaj Ulo de la Chartered School of Management, Londono.Li ankaŭ estas Chartered Scientist de la Scienca Konsilio, Chartered Petroleum Engineer de la Energio-Instituto kaj UK Engineering Council.Dr.Ŝaho estis lastatempe honorita kiel Eminenta Inĝeniero fare de Tau beta Pi, la plej granda inĝenieristiksocieto en Usono. Li estas en la konsilaj komisionoj de Farmingdale University (Mekanika Teknologio), Auburn University (Tribologio), kaj Stony Brook University (Kemia Inĝenierado/). Materiala Scienco kaj Inĝenierado).
Raj estas adjunkta profesoro en la Sekcio de Materiala Scienco kaj Kemia Inĝenierado ĉe SUNY Stony Brook, publikigis pli ol 475 artikolojn kaj aktivas en la energia kampo dum pli ol 3 jaroj.Pliaj informoj pri Raj troveblas ĉe la Direktoro de Koehler Instrument Company. elektita kiel Ulo ĉe la Internacia Instituto pri Fiziko Petro Online (petro-online.com)
S-ino Mariz Baslious kaj S-ro Blerim Gashi estas studentoj pri kemia inĝenierado ĉe SUNY, kaj D-ro Raj Shah prezidas la eksteran konsilan komisionon de la universitato. Mariz kaj Blerim estas parto de kreskanta staĝprogramo ĉe Koehler Instrument, Inc. en Holtzville, NY, kiu instigas studentojn lerni pli pri la mondo de alternativenergiaj teknologioj.
Afiŝtempo: Feb-12-2022
