Цивилизация өскөн сайын, биздин жашоо образыбызды колдоо үчүн зарыл болгон энергия күн сайын көбөйүп, бизден күн нуру сыяктуу кайра жаралуучу ресурстарыбызды колдонуунун жаңы жана инновациялык жолдорун издөөнү талап кылып, коомубуз Прогрессти улантуу үчүн көбүрөөк энергия жаратууну талап кылат.
Күн нуру кылымдар бою планетабызда жашоону камсыз кылып, иштетип келет. Күн түз же кыйыр түрдө, мисалы, казылып алынган отун, гидро, шамал, биомасса, ж.б. сыяктуу дээрлик бардык белгилүү энергия булактарын генерациялоого мүмкүндүк берет. Цивилизация өскөн сайын, колдоо үчүн зарыл болгон энергия жашообуз күн сайын көбөйүп жатат, бул бизден күн нуру сыяктуу кайра жаралуучу ресурстарыбызды колдонуунун жаңы жана инновациялык жолдорун издөөнү талап кылып, коомубуздун Прогресстин улануусу үчүн көбүрөөк энергия жаратууну талап кылат.
Байыркы дүйнөдө биз күн нурунан 6000 жылдан ашык убакыт мурун курулган имараттарда пайда болгон энергия булагы катары күн нурун колдонуп, үйдү күн нуру жылытуучу тешиктер аркылуу өткөрө тургандай кылып багыттоо аркылуу күн энергиясынан жашай алганбыз. .Миңдеген жылдар өткөндөн кийин, египеттиктер менен гректер жай мезгилинде үйлөрүн күндөн коргоп салкын кармап туруу үчүн ошол эле ыкманы колдонушкан [1]. Чоң бир терезе терезелер күндүн жылуулук терезелери катары колдонулуп, күндүн ысыгына жол берип, бирок аларды кармап турат. ичиндеги жылуулук.Күн нуру байыркы дүйнөдө өндүрүлгөн жылуулук үчүн гана маанилүү болгон эмес, ошондой эле туз аркылуу тамак-ашты сактоо жана сактоо үчүн колдонулган. Туздануу учурунда күн уулуу деңиз суусун бууланып, чогулган тузду алуу үчүн колдонулат. күн бассейндеринде [1].Кечки Кайра жаралуу доорунда Леонардо да Винчи ойгон күзгү күн концентраторлорун суу жылыткычтар катары биринчи өнөр жайлык колдонууну сунуш кылган, кийинчерээк Леонардо да мис ширетүү технологиясын сунуш кылган.Күн радиациясын колдонуу жана текстилдик техниканы иштетүү үчүн техникалык чечимдерди колдонууга мүмкүндүк берген [1]. Көп өтпөй Өнөр жай революциясынын учурунда В. Адамс азыр күн меши деп аталган нерсени жаратты. Бул меште сегиз бурчтуу рефлекторду түзгөн сегиз симметриялуу күмүш айнек күзгү бар. Күн нуру күзгүлөр менен айнек капталган жыгач кутуга топтолуп, идиш коюла турган жана аны кайнатып коёт[1]. Бир нече жүз жыл алдыга жылдырыңыз жана күн буу кыймылдаткычы 1882-жылы курулган [1]. Абел Пифр ойгон күзгү 3,5 колдонгон. м диаметри менен басып чыгаруучу машинаны иштетүү үчүн жетиштүү кубаттуулукту чыгарган цилиндр формасындагы буу казанына багытталган.
2004-жылы Испаниянын Севилья шаарында Planta Solar 10 деп аталган дүйнөдөгү биринчи коммерциялык концентрацияланган күн электр станциясы курулган. Күн нуру болжол менен 624 метрлик мунарага чагылышып, анда буу турбиналары жана генераторлору менен күн кабылдагычтары орнотулган. Бул энергия өндүрүүгө жөндөмдүү. Дээрлик он жыл өткөндөн кийин, 2014-жылы Калифорнияда (АКШ) дүйнөдөгү эң ири күн электр станциясы ачылды. Завод 300 000ден ашык башкарылуучу күзгүлөрдү колдонуп, болжол менен 140 000 үйдү кубаттоого 377 мегаватт электр энергиясын өндүрүүгө мүмкүндүк берди [ 1].
Заводдор гана курулуп, колдонулуп тим болбостон, чекене дүкөндөрдөгү керектөөчүлөр да жаңы технологияларды жаратууда. Күн батареялары дебют жасап, жада калса күн энергиясы менен иштеген унаалар да ишке кирди, бирок али жарыялана элек акыркы окуялардын бири - жаңы күн батареялары. USB туташуу же башка түзмөктөрдү бириктирүү менен, ал кийимден булак, телефон жана кулакчын сыяктуу түзмөктөргө туташууга мүмкүндүк берет, аларды баратып кубаттоого болот. Мындан бир нече жыл мурун, жапон изилдөөчүлөрүнүн тобу Riken Институт жана Torah Industries жука органикалык күн батареясын иштеп чыгууну сүрөттөгөн, ал кийимди кийимге ысытып, клеткага күн энергиясын сиңирип, аны энергия булагы катары колдонууга мүмкүндүк берет [2] ]. Микро күн батареялары жылуулук энергиясы бар органикалык фотоэлектрдик клеткалар. 120 °C чейин туруктуулук жана ийкемдүүлүк [2].Изилдөө тобунун мүчөлөрү PNTz4T [3] деп аталган материалга органикалык фотоэлектрдик клеткаларды негиздешкен.экологиялык туруктуулук жана жогорку кубаттуулукту өзгөртүү эффективдүүлүгү, андан кийин клетканын эки тарабы резина сымал материал болгон эластомер менен капталган [3]. Бул процессте алар жарыктын кирүүсүнө мүмкүндүк берген эки алдын ала чоюлган 500 микрон-калың акрил эластомерлерин колдонушкан. клетканын ичине суу менен абанын киришине жол бербейт. Бул эластомерди колдонуу батареянын деградациясын азайтып, анын иштөө мөөнөтүн узартууга жардам берет [3].
Өнөр жайдын эң көрүнүктүү кемчиликтеринин бири – бул суу. Бул клеткалардын бузулушу ар кандай факторлор менен шартталышы мүмкүн, бирок эң чоңу – суу, ар кандай технологиянын жалпы душманы. Ар кандай ашыкча нымдуулук жана абанын узакка созулган таасири эффективдүүлүккө терс таасирин тийгизет. органикалык фотоэлектрдик клеткалардын [4]. Көпчүлүк учурда компьютериңизге же телефонуңузга суу кирбестен, кийимиңиз менен сактай албайсыз. Жамгыр болобу, кир жуугуч машина болобу, суу сөзсүз болот. Ар кандай сыноолордон кийин эркин турган органикалык фотоэлектрдик клетка жана эки тараптуу капталган органикалык фотоэлектрдик клетка, эки органикалык фотоэлектрдик клеткалар 120 мүнөт сууга чөмүлдүрүлгөн, ал эркин турган органикалык фотоэлектрдик клетканын күчү болгон деген тыянакка келди. 5,4%.Клеткалар 20,8%ке азайган [5].
1-сүрөт. Нормалдаштырылган кубаттуулукту конвертациялоонун эффективдүүлүгү чөмүлүү убактысынын функциясы катары. Графиктеги ката тилкелери ар бир структурадагы кубаттуулукту өзгөртүүнүн баштапкы эффективдүүлүгүнүн орточо мааниси менен нормаланган стандарттык четтөөнү билдирет [5].
2-сүрөт Ноттингем Трент университетиндеги дагы бир өнүгүүнү, жиптин ичине кире турган миниатюралык күн батареясын сүрөттөйт, ал андан кийин текстильге токулат. Узундугу 3 мм жана туурасы 1,5 мм[2]. Ар бир агрегат кир жуучу жайда же аба ырайына байланыштуу кирди жууга уруксат берүү үчүн суу өткөрбөйт чайыр менен ламинатталган [2]. Батареялар да ыңгайлуулук үчүн ылайыкташтырылган жана ар бири бир жерге орнотулган. Кийимдин терисин сыртка чыгарбаган же дүүлүктүрбөй турган жол. Андан аркы изилдөөлөр кездеменин 5см^2 бөлүгүнө окшош кийимдин кичинекей бөлүгүндө 200дөн бир аз ашык клетканы камтышы мүмкүн, идеалдуу түрдө 2,5 – 10 вольт энергия өндүрөт жана Болгону 2000 клетка бар деген жыйынтыкка келген, клеткалар смартфондорду кубаттоого жөндөмдүү болушу керек [2].
Сүрөт 2. Узундугу 3 мм жана туурасы 1,5 мм болгон микро күн батареялары (фото Ноттингем Трент университетинен алынган) [2].
Фотоэлектрдик кездемелер энергия өндүрүүчү текстильдерди түзүү үчүн эки жеңил жана арзан полимерди бириктирет. Эки компоненттин биринчиси күн нурунан энергияны чогултуучу микро күн батареясы, ал эми экинчиси механикалык энергияны электр энергиясына айландыруучу наногенератордон турат [ 6]. Кездеменин фотоэлектрдик бөлүгү полимердик жипчелерден турат, алар марганец, цинк оксиди (фотоэлектрдик материал) жана жез йодид (зарядды чогултуу үчүн) катмарлары менен капталган [6]. Андан кийин клеткалар менен бирге токулган. кичинекей жез зым жана кийимге бириктирилген.
Бул инновациялардын сыры ийкемдүү фотоэлектрдик түзүлүштөрдүн тунук электроддорунда жатат.Тунук өткөргүч электроддор жарыкты чогултуу ылдамдыгын жогорулатуучу фотоэлектрдик клеткалардагы компоненттердин бири болуп саналат. бул тунук электроддорду жасоо үчүн, анын идеалдуу тунуктугу (>80%) жана жакшы барактын туруктуулугу, ошондой эле эң сонун экологиялык туруктуулугу үчүн колдонулат [7]. ITO абдан маанилүү, анткени анын бардык компоненттери кемчиликсиз пропорцияларда. тунуктук жана каршылык менен айкалышкан жоондугу электроддордун натыйжаларын максимумга келтирет [7].Катыштагы ар кандай термелүүлөр электроддорго жана ошону менен аткарууга терс таасирин тийгизет.Мисалы, электроддун калыңдыгын жогорулатуу ачык-айкындуулукту жана каршылыкты азайтып, иштөөнүн начарлашына алып келет. Бирок, ITO тез керектелүүчү чектүү ресурс.ITO, бирок ITO [7] көрсөткүчтөрүнөн ашып кетет деп күтүлүүдө.
Тунук өткөргүч оксиддер менен өзгөртүлгөн полимердик субстраттар сыяктуу материалдар азырынча популярдуулукка ээ болду. Тилекке каршы, бул субстраттар морт, катуу жана оор болуп көрсөтүлдү, бул ийкемдүүлүктү жана өндүрүмдүүлүктү бир топ төмөндөтөт [7].Изилдөөчүлөр электрод алмаштыруучу ийкемдүү була сымал күн батареяларын колдонуу. Булалуу батарейка электроддон жана эки башка металл зымдардан турат, алар буралып, электродду алмаштыруу үчүн активдүү материал менен айкалышат [7]. Күн батареялары жеңил салмагына байланыштуу убадасын көрсөтүштү. , бирок көйгөй металл зымдарынын ортосундагы контакт аянтынын жоктугунда, бул байланыш аянтын азайтат жана ошону менен фотоэлектрдик көрсөткүчтөрдүн начарлашына алып келет [7].
Экологиялык факторлор да изилдөөлөрдү улантуу үчүн чоң түрткү болуп саналат. Азыркы учурда дүйнө кайра жаралбаган энергия булактарына, мисалы, күйүүчү майлар, көмүр жана мунай сыяктуу көп көз каранды. Бул келечек үчүн зарыл болгон инвестиция. Күн сайын миллиондогон адамдар телефондорун, компьютерлерин, ноутбуктарын, акылдуу сааттарын жана бардык электрондук шаймандарды заряддашат жана биздин кездемелерди басып жүрүп эле бул түзмөктөрдү кубаттоо үчүн биздин күйүүчү майларды колдонууну азайтышы мүмкүн. 1 же атүгүл 500 кишилик кичинекей масштабда анча маанилүү эмес, ал эми он миллиондогондо бул биздин казылып алынган отундарды колдонууну бир топ кыскартат.
Күн электр станцияларындагы, анын ичинде үйлөрдүн үстүнө орнотулган күн панелдери кайра жаралуучу энергияны колдонууга жана дагы эле көп колдонулуп жаткан күйүүчү майларды кыскартууга жардам берери белгилүү. бул фермаларды куруңуз. Орточо үй чарбасы белгилүү бир сандагы күн батареяларын гана колдой алат жана күн фермаларынын саны чектелүү. Жайы кенен аймактарда көпчүлүк адамдар жаңы күн электр станциясын куруудан ар дайым арсар, анткени ал мүмкүнчүлүктү биротоло жаап салат. жана жердин башка мүмкүнчүлүктөрүнүн потенциалы, мисалы, жаңы бизнестер. Жакында чоң көлөмдө электр энергиясын өндүрө ала турган калкып жүрүүчү фотоэлектрдик панелдердин көп сандагы орнотмолору бар жана калкып жүрүүчү күн фермаларынын негизги пайдасы – чыгымдарды кыскартуу [8]. жер пайдаланылбайт, үйлөрдүн жана имараттардын үстүнө орнотуу чыгымдары жөнүндө тынчсыздануунун кереги жок. Учурда белгилүү болгон бардык калкып жүрүүчү күн фермалары жасалма суу объектилеринде жайгашкан жана келечекте ал is бул чарбаларды табигый суу объектилерине жайгаштырууга болот.Жасалма суу сактагычтар океанда көп кездешпеген көптөгөн артыкчылыктарга ээ [9].Адам тарабынан жасалган суу сактагычтарды башкаруу оңой жана мурунку инфраструктурасы жана жолдору менен фермаларды жөн эле орнотуп койсо болот. Калкып жүрүүчү күн станциялары дагы өндүрүмдүүлүгүн көрсөттү. суу менен жердин ортосундагы температуранын өзгөрүшүнө байланыштуу жерде негизделген күн чарбалары [9]. Суунун жогорку салыштырма жылуулугунан улам, жер бетинин температурасы жалпысынан суу объектилерине караганда жогору, жана жогорку температура терс таасирин тийгизген. күн панелинин конвертациясынын көрсөткүчтөрү. Температура панелдин канча күн нурун алаарын көзөмөлдөбөсө да, ал сиз күн нурунан канча энергия алаарыңызга таасирин тийгизет. Төмөнкү энергияларда (б.а. муздак температурада) күн панелинин ичиндеги электрондор эс алуу абалына, андан кийин күн нуру тийгенде, алар толкунданган абалга келишет [10]. Тынч алуу абалы менен толкунданган абалдын ортосундагы айырма - бул чыңалууда канча энергия түзүлөт.ht бул электрондорду дүүлүктүрөт, бирок ошондой эле heat.If күн панелинин айланасындагы жылуулук электрондорго энергия берип, аларды аз дүүлүккөн абалга келтирсе, күн нуру панелге тийгенде чыңалуу анчалык чоң болбойт [10]. Жер сиңирип, бөлүп чыгаргандыктан сууга караганда жеңилирээк ысыса, кургактыктагы күн панелиндеги электрондор көбүрөөк толкунданган абалда болушу мүмкүн, андан кийин күн панели муздаткыч суу массивинде же анын жанында жайгашкан. калкып жүрүүчү панелдердин айланасындагы суу кургактыктагыга караганда 12,5% көбүрөөк энергия өндүрүүгө жардам берет [9].
Азырынча күн панелдери Американын энергияга болгон муктаждыгынын 1% гана канааттандырат, бирок бул күн фермалары адам жасаган суу резервуарларынын төрттөн бирине чейин отургузулса, күн батареялары Американын энергияга болгон муктаждыгынын дээрлик 10% ын канааттандырмак. панелдер мүмкүн болушунча тезирээк киргизилген, Колорадодогу эки чоң суу сактагыч буулануудан көп суу жоготкон, бирок бул калкып жүрүүчү панелдерди орнотуу менен суу сактагычтар кургап калбай калган жана электр энергиясы өндүрүлгөн [11].Адамдын бир пайызы да -Күн электр станциялары менен жабдылган суу сактагычтар кеминде 400 гигаватт электр энергиясын иштеп чыгарууга, 44 миллиард светодиоддук лампаларды бир жылдан ашык иштетүүгө жетет.
Сүрөт 4а 4b-сүрөткө карата калкып жүрүүчү күн батареясынын кубаттуулугун жогорулатууну көрсөтөт. Акыркы он жылда бир нече калкып жүрүүчү күн фермалары болгонуна карабастан, алар дагы эле электр энергиясын өндүрүүдө ушунчалык чоң айырмачылыктарды жаратууда. көбүрөөк болуп, өндүрүлгөн жалпы энергия 2018-жылы 0,5TW үч эсеге, 2022-жылдын акырына карата 1,1TW чейин деп айтылат.[12].
Экологиялык жактан алганда, бул калкып жүрүүчү күн фермалары көп жагынан абдан пайдалуу. Фоссилдик отунга болгон көз карандылыкты азайткандан тышкары, күн фермалары суу бетине жеткен абанын жана күн нурунун көлөмүн азайтат, бул климаттын өзгөрүшүнө каршы жардам берет [9]. шамалдын ылдамдыгын азайтуучу чарба жана суунун бетине тике күн нуру кеминде 10% га глобалдык жылуулуктун толук он жылдыктын ордун толтура алат [9].Биологиялык ар түрдүүлүк жана экология жагынан эч кандай чоң терс таасирлер табылган жок. суу бетиндеги активдүүлүк, ошону менен дарыянын жээгиндеги эрозияны азайтат, өсүмдүктөрдү коргойт жана стимулдайт.[13].Деңиз жашоосу жабыркап жатканы боюнча так жыйынтыктар жок, бирок Ecocean тарабынан түзүлгөн кабык менен толтурулган био кепе сыяктуу чаралар бар. деңиздеги жашоону потенциалдуу колдоо үчүн фотоэлектрдик панелдердин астына чөмүлтүлгөн.[13].Учурдагы изилдөөлөрдүн негизги көйгөйлөрүнүн бири - бул инфраструктураны орнотуудан улам тамак-аш чынжырына мүмкүн болуучу таасири.Техногендик суу сактагычтарга караганда ачык суудагы фотоэлектрдик панелдер. Сууга азыраак күн нуру кирген сайын, фотосинтездин ылдамдыгынын төмөндөшүнө алып келет, натыйжада фитопланктон жана макрофиттер массалык түрдө жоголот. Бул өсүмдүктөрдүн азайышы менен жаныбарларга таасирин тийгизет. тамак-аш чынжырынын төмөн болушу, ж.б., суу организмдери үчүн субсидияларга алып келет [14]. Бул али боло элек болсо да, бул экосистемага мындан ары мүмкүн болуучу зыяндын алдын алат, бул калкып жүрүүчү күн фермаларынын негизги кемчилиги.
Күн энергиянын эң чоң булагыбыз болгондуктан, бул энергияны колдонуунун жолдорун табуу жана аны коомдоштуктарда колдонуу кыйын болушу мүмкүн. Күн сайын жеткиликтүү болгон жаңы технологиялар жана инновациялар муну мүмкүн кылууда. Ал эми күн энергиясы менен кийилүүчү кийимдер аз. сатып алуу же сүзүүчү күн фермаларын азыр зыярат кылуу, бул технологиянын чоң потенциалы же жаркын келечеги жок экенин өзгөртпөйт. Floating күн батареялары жапайы жаратылыштын маанисинде көп жолду басып өтүшү керек. үйлөрдүн үстүндөгү күн панелдери. Кийиле турган күн батареялары биз күн сайын кийген кийимдер сыяктуу кеңири таралганга чейин көп жолду басып өтүшү керек. Келечекте күн батареялары күнүмдүк жашоодо колдонулушу күтүлүүдө. кийим.Жакынкы он жылдыкта технология өнүккөн сайын, күн өнөр жайынын потенциалы чексиз.
Радж Шах жөнүндө Доктор Радж Шах Нью-Йорктогу Koehler Instrument компаниясынын директору, ал жерде 27 жыл иштеген. Ал IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSMTC, Институттун кесиптештери тарабынан шайланган өнөктөш. Физика, Энергетика изилдөө институту жана Королдук химия коому. ASTM Eagle сыйлыгынын лауреаты Доктор Шах жакында эң көп сатылган “Күйүүчү жана майлоочу майлар боюнча колдонмону” биргелешип редакциялады, бул тууралуу толук маалымат ASTMдин көптөн күткөн күйүүчү жана майлоочу материалдар колдонмосунда, 2-басылышы – 15-июль, 2020 - Дэвид Филлипс - Petro Industry News макаласы - Petro Online (petro-online.com)
Доктор Шах Пенн Стейт Университетинде химиялык инженерия боюнча PhD даражасына ээ жана Лондондогу Чартеред Менеджмент мектебинин стипендиаты.Ал ошондой эле Илимий Кеңештин окумуштуусу, Энергетика институтунун жана Улуу Британиянын Инженердик Кеңешинин Чартердик мунай инженери.Dr.Шах жакында Америка Кошмо Штаттарынын эң ири инженердик коому болгон Тау бета Пи тарабынан Ардактуу инженер наамын ыйгарды. Ал Фармингдейл университетинин (Механикалык технология), Оберн университетинин (Трибология) жана Стони Брук университетинин (химиялык инженерия/) консультациялык кеңештеринде. Материал таануу жана инженерия).
Радж SUNY Стони Бруктун Материал таануу жана химиялык инженерия кафедрасынын адъюнкт профессору, 475тен ашык макалаларды жарыялаган жана энергетика тармагында 3 жылдан ашык убакыттан бери активдүү. Эл аралык физика институтунун стипендиаты болуп шайланган Petro Online (petro-online.com)
Мариз Баслиус айым менен Блерим Гаши SUNYде химиялык инженерия факультетинин студенттери, ал эми доктор Радж Шах университеттин тышкы консультациялык кеңешин жетектейт. Мариз менен Блерим Хольцвиллдеги, Нью-Йорктогу Koehler Instrument, Inc. студенттерди альтернативдик энергетикалык технологиялар дүйнөсү жөнүндө көбүрөөк билүүгө үндөйт.
Посттун убактысы: 2022-жылдын 12-февралына чейин
