Apabila tamadun berkembang, tenaga yang diperlukan untuk menyokong cara hidup kita meningkat setiap hari, memerlukan kita mencari cara baharu dan inovatif untuk memanfaatkan sumber boleh diperbaharui kita, seperti cahaya matahari, untuk mencipta lebih banyak tenaga untuk masyarakat kita meneruskan Kemajuan.
Cahaya matahari telah menyediakan dan membolehkan kehidupan di planet kita selama berabad-abad. Sama ada secara langsung atau tidak, matahari membenarkan penjanaan hampir semua sumber tenaga yang diketahui seperti bahan api fosil, hidro, angin, biojisim, dll. Apabila tamadun berkembang, tenaga yang diperlukan untuk menyokong cara hidup kita meningkat setiap hari, memerlukan kita mencari cara baharu dan inovatif untuk memanfaatkan sumber boleh diperbaharui kita, seperti cahaya matahari, untuk mencipta lebih banyak tenaga untuk masyarakat kita meneruskan Kemajuan.
Sejauh dunia purba kita telah dapat bertahan dengan tenaga suria, menggunakan cahaya matahari sebagai sumber tenaga berasal dari bangunan yang dibina lebih 6,000 tahun dahulu, dengan mengorientasikan rumah supaya cahaya matahari melalui bukaan yang bertindak sebagai bentuk pemanasan. .Beribu-ribu tahun kemudian, orang Mesir dan Yunani menggunakan teknik yang sama untuk memastikan rumah mereka sejuk semasa musim panas dengan melindungi mereka daripada matahari [1]. Tingkap kaca tunggal yang besar digunakan sebagai tingkap haba suria, membenarkan haba dari matahari masuk tetapi memerangkap haba di dalam.Cahaya matahari bukan sahaja penting untuk haba yang dihasilkan di dunia purba, tetapi ia juga digunakan untuk mengawet dan mengawet makanan melalui garam.Dalam salinisasi, matahari digunakan untuk menyejat air laut toksik dan mendapatkan garam, yang dikumpulkan dalam kolam suria [1]. Pada akhir Renaissance, Leonardo da Vinci mencadangkan aplikasi industri pertama penumpu suria cermin cekung sebagai pemanas air, dan kemudian Leonardo juga mencadangkan teknologi kimpalan coppmenggunakan sinaran suria dan membenarkan penyelesaian teknikal untuk menjalankan jentera tekstil [1]. Tidak lama kemudian semasa Revolusi Perindustrian, W. Adams mencipta apa yang kini dipanggil ketuhar suria. Ketuhar ini mempunyai lapan cermin kaca perak simetri yang membentuk pemantul segi lapan. Cahaya matahari adalah tertumpu oleh cermin ke dalam kotak kayu bertutup kaca di mana periuk akan diletakkan dan biarkan ia mendidih[1].Maju pantas beberapa ratus tahun dan enjin stim suria dibina sekitar tahun 1882 [1].Abel Pifre menggunakan cermin cekung 3.5 m diameter dan memfokuskannya pada dandang stim silinder yang menghasilkan kuasa yang mencukupi untuk memacu mesin cetak.
Pada tahun 2004, loji tenaga solar pekat komersial pertama di dunia yang dipanggil Planta Solar 10 telah ditubuhkan di Seville, Sepanyol. Cahaya matahari dipantulkan ke menara kira-kira 624 meter, di mana penerima solar dipasang dengan turbin wap dan penjana. Ini mampu menjana tenaga untuk menguasai lebih daripada 5,500 rumah. Hampir sedekad kemudian, pada 2014, loji tenaga solar terbesar di dunia dibuka di California, Amerika Syarikat. 1].
Bukan sahaja kilang sedang dibina dan digunakan, tetapi pengguna di kedai runcit juga mencipta teknologi baharu. Panel solar membuat kemunculan sulung mereka, malah kereta berkuasa solar turut dimainkan, tetapi salah satu perkembangan terkini yang belum diumumkan ialah solar baharu- teknologi boleh pakai berkuasa.Dengan menyepadukan sambungan USB atau peranti lain, ia membenarkan sambungan daripada pakaian ke peranti seperti sumber, telefon dan fon telinga, yang boleh dicas semasa dalam perjalanan. Hanya beberapa tahun yang lalu, sepasukan penyelidik Jepun di Riken Institut dan Industri Torah menerangkan pembangunan sel solar organik nipis yang akan memanaskan pakaian pada pakaian, membolehkan sel menyerap tenaga suria dan menggunakannya sebagai sumber kuasa [2] ].Sel solar mikro ialah sel fotovoltaik organik dengan haba kestabilan dan fleksibiliti sehingga 120 °C [2].Ahli kumpulan penyelidikan berasaskan sel fotovoltaik organik pada bahan yang dipanggil PNTz4T [3].PNtz4T ialah polimer semikonduktor yang dibangunkan sebelum ini oleh Riken untuk en cemerlang.kestabilan persekitaran dan kecekapan penukaran kuasa tinggi, kemudian kedua-dua belah sel ditutup dengan elastomer, bahan seperti getah [3]. Dalam proses itu, mereka menggunakan dua elastomer akrilik setebal 500 mikron yang telah diregangkan yang membenarkan cahaya masuk. sel tetapi menghalang air dan udara daripada memasuki sel.Penggunaan elastomer ini membantu mengurangkan kemerosotan bateri itu sendiri dan memanjangkan hayatnya [3].
Salah satu kelemahan industri yang paling ketara ialah air. Kemerosotan sel-sel ini boleh disebabkan oleh pelbagai faktor, tetapi yang terbesar ialah air, musuh biasa mana-mana teknologi. Sebarang kelembapan berlebihan dan pendedahan berpanjangan kepada udara boleh menjejaskan kecekapan secara negatif sel fotovoltaik organik [4]. Walaupun anda boleh mengelak daripada terkena air pada komputer atau telefon anda dalam kebanyakan kes, anda tidak boleh mengelakkannya dengan pakaian anda. Sama ada hujan atau mesin basuh, air tidak dapat dielakkan. Selepas pelbagai ujian pada sel fotovoltaik organik berdiri bebas dan sel fotovoltaik organik bersalut dua muka, kedua-dua sel fotovoltaik organik direndam dalam air selama 120 minit, disimpulkan bahawa kuasa sel fotovoltaik organik berdiri bebas adalah Kecekapan penukaran hanya dikurangkan dengan 5.4%.Sel menurun sebanyak 20.8% [5].
Rajah 1. Kecekapan penukaran kuasa ternormal sebagai fungsi masa rendaman. Bar ralat pada graf mewakili sisihan piawai yang dinormalkan dengan min kecekapan penukaran kuasa awal dalam setiap struktur [5].
Rajah 2 menggambarkan satu lagi perkembangan di Nottingham Trent University, sel suria kecil yang boleh dibenamkan dalam benang, yang kemudiannya ditenun menjadi tekstil [2]. Setiap bateri yang disertakan dalam produk memenuhi kriteria tertentu untuk digunakan, seperti keperluan 3mm panjang dan 1.5mm lebar[2].Setiap unit dilaminasi dengan resin kalis air untuk membolehkan cucian dicuci di dalam bilik dobi atau disebabkan cuaca [2].Bateri juga disesuaikan untuk keselesaan, dan setiap satu dipasang dalam cara yang tidak menonjol atau merengsakan kulit pemakai. Dalam penyelidikan lanjut didapati bahawa dalam sehelai pakaian kecil yang serupa dengan bahagian 5cm^2 kain boleh mengandungi lebih daripada 200 sel, idealnya menghasilkan 2.5 – 10 volt tenaga, dan membuat kesimpulan bahawa hanya terdapat 2000 sel Sel perlu boleh mengecas telefon pintar [2].
Rajah 2. Sel suria mikro 3 mm panjang dan 1.5 mm lebar (foto ihsan Nottingham Trent University) [2].
Fabrik fotovoltaik menggabungkan dua polimer ringan dan kos rendah untuk menghasilkan tekstil yang menjana tenaga. Yang pertama daripada dua komponen ialah sel suria mikro, yang menuai tenaga daripada cahaya matahari, dan yang kedua terdiri daripada penjana nano, yang menukar tenaga mekanikal kepada elektrik [ 6].Bahagian fotovoltaik fabrik terdiri daripada gentian polimer, yang kemudiannya disalut dengan lapisan mangan, zink oksida (bahan fotovoltaik), dan iodida kuprum (untuk pengumpulan cas) [6]. Sel-sel tersebut kemudiannya ditenun bersama-sama dengan dawai tembaga kecil dan disepadukan ke dalam pakaian.
Rahsia di sebalik inovasi ini terletak pada elektrod lutsinar peranti fotovoltaik yang fleksibel.Elektrod konduktif lutsinar ialah salah satu komponen pada sel fotovoltaik yang membenarkan cahaya masuk ke dalam sel, meningkatkan kadar pengumpulan cahaya.Indium-doped tin oxide (ITO) digunakan untuk mengarang elektrod lutsinar ini, yang digunakan untuk ketelusan yang ideal (>80%) dan rintangan kepingan yang baik serta kestabilan persekitaran yang sangat baik [7]. ITO adalah penting kerana semua komponennya berada dalam perkadaran yang hampir sempurna. Nisbah ketebalan digabungkan dengan ketelusan dan rintangan memaksimumkan hasil elektrod [7]. Sebarang turun naik dalam nisbah akan memberi kesan negatif kepada elektrod dan dengan itu prestasi. Contohnya, meningkatkan ketebalan elektrod mengurangkan ketelusan dan rintangan, yang membawa kepada kemerosotan prestasi. Walau bagaimanapun, ITO adalah sumber terhingga yang cepat digunakan. Penyelidikan telah dijalankan untuk mencari alternatif yang bukan sahaja mencapaiITO, tetapi dijangka melepasi prestasi ITO [7].
Bahan seperti substrat polimer yang telah diubah suai dengan oksida konduktif lutsinar telah berkembang popular setakat ini. Malangnya, substrat ini telah terbukti rapuh, kaku dan berat, yang sangat mengurangkan fleksibiliti dan prestasi [7]. Penyelidik menawarkan penyelesaian untuk menggunakan sel solar seperti gentian fleksibel sebagai pengganti elektrod.Bateri berserabut terdiri daripada elektrod dan dua wayar logam berbeza yang dipintal dan digabungkan dengan bahan aktif untuk menggantikan elektrod [7].Sel solar telah menunjukkan janji kerana beratnya yang ringan. , tetapi masalahnya ialah kekurangan kawasan sentuhan antara wayar logam, yang mengurangkan kawasan sentuhan dan dengan itu mengakibatkan prestasi fotovoltaik yang terdegradasi [7].
Faktor persekitaran juga merupakan pendorong besar untuk penyelidikan berterusan. Pada masa ini, dunia sangat bergantung kepada sumber tenaga tidak boleh diperbaharui seperti bahan api fosil, arang batu dan minyak. Mengalihkan tumpuan daripada sumber tenaga tidak boleh diperbaharui kepada sumber tenaga boleh diperbaharui, termasuk tenaga solar, adalah pelaburan yang diperlukan untuk masa depan. Setiap hari berjuta-juta orang mengecas telefon, komputer, komputer riba, jam tangan pintar dan semua peranti elektronik mereka, dan menggunakan fabrik kami untuk mengecas peranti ini hanya dengan berjalan kaki boleh mengurangkan penggunaan bahan api fosil kami. Walaupun ini nampaknya remeh pada skala kecil 1 atau bahkan 500 orang, apabila ditingkatkan hingga berpuluh-puluh juta ia boleh mengurangkan penggunaan bahan api fosil kita dengan ketara.
Panel solar dalam loji tenaga suria, termasuk yang dipasang di atas rumah, diketahui dapat membantu menggunakan tenaga boleh diperbaharui dan mengurangkan penggunaan bahan api fosil, yang masih banyak digunakan.Amerika.Salah satu masalah utama industri ialah mendapatkan tanah untuk bina ladang-ladang ini. Purata isi rumah hanya boleh menyokong bilangan panel solar tertentu, dan bilangan ladang solar adalah terhad. Di kawasan yang mempunyai ruang yang luas, kebanyakan orang sentiasa teragak-agak untuk membina loji tenaga solar baharu kerana ia menutup kemungkinan secara kekal dan potensi peluang lain di atas tanah, seperti perniagaan baharu. Terdapat sejumlah besar pemasangan panel fotovoltaik terapung yang boleh menjana sejumlah besar elektrik baru-baru ini, dan faedah utama ladang solar terapung ialah pengurangan kos [8]. Jika tanah tidak digunakan, tidak perlu risau tentang kos pemasangan di atas rumah dan bangunan. Semua ladang solar terapung yang diketahui pada masa ini terletak di badan air buatan, dan pada masa hadapan ias mungkin untuk meletakkan ladang ini di atas badan air semula jadi.Takungan buatan mempunyai banyak kelebihan yang tidak biasa di lautan [9]. Takungan buatan manusia mudah diurus, dan dengan infrastruktur dan jalan raya sebelumnya, ladang boleh dipasang dengan mudah. Ladang solar terapung juga telah terbukti lebih produktif daripada ladang suria berasaskan darat disebabkan oleh variasi suhu antara air dan tanah [9]. Oleh kerana haba tentu air yang tinggi, suhu permukaan tanah secara amnya lebih tinggi daripada badan air, dan suhu tinggi telah ditunjukkan memberi kesan negatif kepada prestasi kadar penukaran panel solar. Walaupun suhu tidak mengawal jumlah cahaya matahari yang diterima oleh panel, ia mempengaruhi jumlah tenaga yang anda terima daripada cahaya matahari. Pada tenaga yang rendah (iaitu, suhu yang lebih sejuk), elektron di dalam panel solar akan berada dalam keadaan rehat, dan kemudian apabila cahaya matahari mencecah, mereka akan mencapai keadaan teruja [10]. Perbezaan antara keadaan rehat dan keadaan teruja ialah berapa banyak tenaga yang dijana dalam voltan. Bukan sahaja boleh sunlight merangsang elektron ini, tetapi begitu juga boleh memanaskan. Jika haba di sekeliling panel solar memberi tenaga kepada elektron dan meletakkannya dalam keadaan teruja yang rendah, voltan tidak akan sebesar mana apabila cahaya matahari mengenai panel [10]. Oleh kerana tanah menyerap dan mengeluarkan memanaskan lebih mudah daripada air, elektron dalam panel solar di darat berkemungkinan berada dalam keadaan teruja yang lebih tinggi, dan kemudian panel solar terletak pada atau berhampiran badan air yang lebih sejuk. Penyelidikan lanjut membuktikan bahawa kesan penyejukan air di sekeliling panel terapung membantu menjana 12.5% lebih tenaga daripada di darat [9].
Setakat ini, panel solar memenuhi hanya 1% daripada keperluan tenaga Amerika, tetapi jika ladang suria ini ditanam pada sehingga satu perempat takungan air buatan manusia, panel solar akan memenuhi hampir 10% keperluan tenaga Amerika. Di Colorado, tempat terapung panel diperkenalkan secepat mungkin, dua takungan air besar di Colorado kehilangan banyak air akibat penyejatan, tetapi dengan memasang panel terapung ini, takungan telah dihalang daripada kering dan elektrik telah dijana [11]. Malah satu peratus manusia. -Takungan buatan yang dilengkapi dengan ladang suria akan mencukupi untuk menjana sekurang-kurangnya 400 gigawatt elektrik, cukup untuk menyalakan 44 bilion mentol lampu LED selama lebih setahun.
Rajah 4a menunjukkan peningkatan kuasa yang disediakan oleh sel solar terapung berhubung dengan Rajah 4b. Walaupun terdapat beberapa ladang solar terapung dalam dekad yang lalu, mereka masih membuat perbezaan yang begitu besar dalam penjanaan kuasa. Pada masa hadapan, apabila ladang solar terapung menjadi lebih banyak, jumlah tenaga yang dihasilkan dikatakan meningkat tiga kali ganda daripada 0.5TW pada 2018 kepada 1.1TW menjelang akhir tahun 2022.[12].
Dari segi alam sekitar, ladang suria terapung ini sangat bermanfaat dalam pelbagai cara. Selain mengurangkan pergantungan kepada bahan api fosil, ladang suria juga mengurangkan jumlah udara dan cahaya matahari yang sampai ke permukaan air, yang mungkin membantu membalikkan perubahan iklim [9]. ladang yang mengurangkan kelajuan angin dan cahaya matahari langsung mengenai permukaan air sekurang-kurangnya 10% boleh mengimbangi sedekad penuh pemanasan global [9]. Dari segi biodiversiti dan ekologi, tiada kesan negatif yang besar kelihatan. Panel menghalang angin kencang aktiviti di permukaan air, dengan itu mengurangkan hakisan di tebing sungai, melindungi dan merangsang tumbuh-tumbuhan.[13].Tiada keputusan muktamad sama ada hidupan marin terjejas, tetapi langkah-langkah seperti pondok bio berisi cangkerang yang dicipta oleh Ecocean telah telah ditenggelami di bawah panel fotovoltaik untuk berpotensi menyokong hidupan marin.[13].Salah satu kebimbangan utama penyelidikan yang sedang dijalankan ialah potensi kesan ke atas rantai makanan akibat pemasangan infrastruktur sepertipanel fotovoltaik di atas air terbuka dan bukannya takungan buatan manusia. Memandangkan kurang cahaya matahari memasuki perairan, ia menyebabkan pengurangan dalam kadar fotosintesis, mengakibatkan kehilangan besar-besaran fitoplankton dan makrofit. Dengan pengurangan tumbuhan ini, kesan ke atas haiwan lebih rendah dalam rantaian makanan, dsb., membawa kepada subsidi untuk organisma akuatik [14]. Walaupun ia belum berlaku lagi, ini boleh menghalang potensi kerosakan lebih lanjut kepada ekosistem, kelemahan utama ladang suria terapung.
Memandangkan matahari merupakan sumber tenaga terbesar kita, sukar untuk mencari cara untuk memanfaatkan tenaga ini dan menggunakannya dalam komuniti kita. Teknologi dan inovasi baharu yang tersedia setiap hari membolehkan perkara ini berlaku. Walaupun tidak banyak pakaian berkuasa solar yang boleh dipakai untuk membeli atau ladang suria terapung untuk dilawati sekarang, itu tidak mengubah hakikat bahawa teknologi itu tidak mempunyai potensi besar atau masa depan yang cerah. Sel suria terapung mempunyai perjalanan yang panjang dalam erti kata hidupan liar untuk menjadi biasa seperti panel solar di atas rumah.Sel suria boleh pakai masih jauh untuk ditempuhi sebelum ia menjadi biasa seperti pakaian yang kita pakai setiap hari.Pada masa hadapan, sel suria dijangka akan digunakan dalam kehidupan seharian tanpa perlu berselindung di antara kita. pakaian.Seiring kemajuan teknologi dalam dekad yang akan datang, potensi industri solar tidak berkesudahan.
Mengenai Raj Shah Dr. Raj Shah ialah pengarah Syarikat Koehler Instrument di New York, di mana dia telah bekerja selama 27 tahun. Fizik, Institut Penyelidikan Tenaga dan Persatuan Kimia Diraja. Penerima Anugerah Helang ASTM, Dr. Shah baru-baru ini menyunting bersama "Buku Panduan Bahan Api dan Pelincir" terlaris, terdapat dalam Buku Panduan Bahan Api dan Pelincir ASTM, Edisi Ke-2 – 15 Julai, 2020 – David Phillips – Artikel Berita Industri Petro – Petro Online (petro-online.com)
Dr. Shah berkelulusan PhD dalam Kejuruteraan Kimia dari Penn State University dan Felo dari Chartered School of Management, London.Beliau juga merupakan Saintis Bertauliah Majlis Saintifik, Jurutera Petroleum Bertauliah Institut Tenaga dan Majlis Kejuruteraan UK.Dr.Shah baru-baru ini diberi penghormatan sebagai Jurutera Terbilang oleh Tau beta Pi, sebuah pertubuhan kejuruteraan terbesar di Amerika Syarikat. Sains dan Kejuruteraan Bahan).
Raj ialah profesor tambahan di Jabatan Sains Bahan dan Kejuruteraan Kimia di SUNY Stony Brook, telah menerbitkan lebih 475 artikel dan telah aktif dalam bidang tenaga selama lebih 3 tahun. Maklumat lanjut tentang Raj boleh didapati di Pengarah Syarikat Koehler Instrument dipilih sebagai Felo di Institut Fizik Antarabangsa Petro Online (petro-online.com)
Cik Mariz Baslious dan Encik Blerim Gashi ialah pelajar kejuruteraan kimia di SUNY, dan Dr. Raj Shah mempengerusikan lembaga penasihat luar universiti. Mariz dan Blerim adalah sebahagian daripada program latihan amali yang semakin berkembang di Koehler Instrument, Inc. di Holtzville, NY, yang menggalakkan pelajar untuk mengetahui lebih lanjut tentang dunia teknologi tenaga alternatif.
Masa siaran: Feb-12-2022
