Naarmate de beschaving groeit, neemt de energie die nodig is om onze manier van leven te ondersteunen elke dag toe, waardoor we nieuwe en innovatieve manieren moeten vinden om onze hernieuwbare bronnen, zoals zonlicht, te benutten om meer energie te creëren voor onze samenleving om de vooruitgang voort te zetten.
Zonlicht zorgt al eeuwenlang voor leven op onze planeet. Of het nu direct of indirect is, de zon maakt de opwekking mogelijk van bijna alle bekende energiebronnen zoals fossiele brandstoffen, waterkracht, wind, biomassa, enz. Naarmate de beschaving groeit, is de energie die nodig is om onze manier van leven neemt elke dag toe, waardoor we nieuwe en innovatieve manieren moeten vinden om onze hernieuwbare bronnen, zoals zonlicht, te benutten om meer energie te creëren voor onze samenleving om de vooruitgang voort te zetten.
Al in de oudheid hebben we kunnen overleven op zonne-energie, door zonlicht te gebruiken als energiebron die is ontstaan in gebouwen die meer dan 6000 jaar geleden zijn gebouwd, door het huis zo te oriënteren dat zonlicht door openingen gaat die fungeren als een vorm van verwarming Duizenden jaren later gebruikten Egyptenaren en Grieken dezelfde techniek om hun huizen in de zomer koel te houden door ze tegen de zon te beschermen [1]. Grote ramen met enkele beglazing worden gebruikt als thermische zonnevensters, waardoor de warmte van de zon binnenkomt maar de de warmte van binnen. Zonlicht was niet alleen essentieel voor de warmte die het in de oudheid produceerde, maar het werd ook gebruikt om voedsel te bewaren en te bewaren door middel van zout. Bij verzilting wordt de zon gebruikt om giftig zeewater te verdampen en zout te verkrijgen, dat wordt opgevangen in zonnebaden [1]. In de late Renaissance stelde Leonardo da Vinci de eerste industriële toepassing voor van concave spiegelzonneconcentratoren als waterverwarmers, en later stelde Leonardo ook de technologie voor van het lassen van coppEr wordt gebruik gemaakt van zonnestraling en technische oplossingen om textielmachines te laten draaien [1]. Al snel tijdens de industriële revolutie creëerde W. Adams wat nu een zonne-oven wordt genoemd. Deze oven heeft acht symmetrische spiegels van zilverglas die een achthoekige reflector vormen. geconcentreerd door spiegels in een met glas bedekte houten kist waar de pot zal worden geplaatst en laten koken [1]. Een paar honderd jaar vooruit en de zonne-stoommachine werd gebouwd rond 1882 [1]. Abel Pifre gebruikte een holle spiegel 3.5 m in diameter en richtte het op een cilindrische stoomketel die genoeg vermogen produceerde om de drukpers aan te drijven.
In 2004 werd 's werelds eerste commerciële geconcentreerde zonne-energiecentrale genaamd Planta Solar 10 opgericht in Sevilla, Spanje. Zonlicht wordt gereflecteerd op een toren van ongeveer 624 meter, waar zonne-ontvangers zijn geïnstalleerd met stoomturbines en generatoren. Deze is in staat om energie op te wekken om meer dan 5.500 huizen van stroom te voorzien. Bijna tien jaar later, in 2014, werd 's werelds grootste zonne-energiecentrale geopend in Californië, VS. De fabriek gebruikte meer dan 300.000 gecontroleerde spiegels en maakte de productie van 377 megawatt elektriciteit mogelijk om ongeveer 140.000 huizen van stroom te voorzien [ 1].
Niet alleen worden fabrieken gebouwd en gebruikt, maar consumenten in winkels creëren ook nieuwe technologieën. Zonnepanelen maakten hun debuut en zelfs auto's op zonne-energie kwamen in het spel, maar een van de nieuwste ontwikkelingen die nog moet worden aangekondigd, is nieuwe zonne-energie. aangedreven draagbare technologie. Door een USB-aansluiting of andere apparaten te integreren, maakt het verbinding van kleding mogelijk met apparaten zoals bronnen, telefoons en oordopjes, die onderweg kunnen worden opgeladen. Nog maar een paar jaar geleden, een team van Japanse onderzoekers van het Riken Institute en Torah Industries beschreven de ontwikkeling van een dunne organische zonnecel die kleding met warmte op kleding zou printen, waardoor de cel zonne-energie kan absorberen en als energiebron kan gebruiken [2]]. Micro-zonnecellen zijn organische fotovoltaïsche cellen met thermische stabiliteit en flexibiliteit tot 120 °C [2]. Leden van de onderzoeksgroep baseerden organische fotovoltaïsche cellen op een materiaal genaamd PNTz4T [3].PNTz4T is een halfgeleidend polymeer dat eerder door Riken is ontwikkeld voor uitstekende enmilieustabiliteit en hoge energieconversie-efficiëntie, dan zijn beide zijden van de cel bedekt met elastomeer, een rubberachtig materiaal [3]. Daarbij gebruikten ze twee voorgerekte 500 micron dikke acrylelastomeren die licht doorlaten de cel, maar voorkomt dat water en lucht de cel binnendringen. Het gebruik van dit elastomeer helpt de degradatie van de batterij zelf te verminderen en de levensduur te verlengen [3].
Een van de meest opvallende nadelen van de industrie is water. De degeneratie van deze cellen kan door verschillende factoren worden veroorzaakt, maar de grootste is water, de gemeenschappelijke vijand van elke technologie. Overmatig vocht en langdurige blootstelling aan lucht kunnen de efficiëntie negatief beïnvloeden van organische fotovoltaïsche cellen [4]. Hoewel je in de meeste gevallen kunt voorkomen dat je water op je computer of telefoon krijgt, kun je het niet vermijden met je kleding. Of het nu regent of een wasmachine is, water is onvermijdelijk. Na verschillende tests op de vrijstaande organische fotovoltaïsche cel en de dubbelzijdig gecoate organische fotovoltaïsche cel, beide organische fotovoltaïsche cellen werden 120 minuten in water ondergedompeld, er werd geconcludeerd dat het vermogen van de vrijstaande organische fotovoltaïsche cel was. De conversie-efficiëntie wordt alleen verminderd door 5,4%. Cellen daalden met 20,8% [5].
Figuur 1. Genormaliseerde energieconversie-efficiëntie als functie van de onderdompelingstijd. De foutbalken in de grafiek vertegenwoordigen de standaarddeviatie genormaliseerd door het gemiddelde van de initiële energieconversie-efficiëntie in elke structuur [5].
Figuur 2 toont een andere ontwikkeling aan de Nottingham Trent University, een miniatuurzonnecel die kan worden ingebed in een garen, dat vervolgens wordt geweven tot een textiel [2]. Elke batterij in het product voldoet aan bepaalde gebruikscriteria, zoals de vereisten van 3 mm lang en 1,5 mm breed [2]. Elke unit is gelamineerd met een waterdichte hars zodat wasgoed in de wasruimte of bij weersomstandigheden kan worden gewassen [2]. De batterijen zijn ook op maat gemaakt voor comfort en elk is gemonteerd in een manier die niet uitsteekt of de huid van de drager irriteert. Bij verder onderzoek bleek dat in een klein kledingstuk vergelijkbaar met een stuk stof van 5 cm ^ 2 iets meer dan 200 cellen kan bevatten, idealiter 2,5 - 10 volt energie producerend, en concludeerde dat er slechts 2000 cellen zijn die cellen nodig hebben om smartphones op te laden [2].
Figuur 2. Micro-zonnecellen van 3 mm lang en 1,5 mm breed (foto met dank aan Nottingham Trent University) [2].
Fotovoltaïsche stoffen smelten twee lichtgewicht en goedkope polymeren samen om energieopwekkend textiel te creëren. De eerste van de twee componenten is een microzonnecel, die energie uit zonlicht haalt, en de tweede bestaat uit een nanogenerator, die mechanische energie omzet in elektriciteit [ 6]. Het fotovoltaïsche deel van het weefsel bestaat uit polymeervezels, die vervolgens worden gecoat met lagen mangaan, zinkoxide (een fotovoltaïsch materiaal) en koperjodide (voor het verzamelen van lading) [6]. De cellen worden vervolgens samen geweven met een kleine koperdraad en geïntegreerd in het kledingstuk.
Het geheim achter deze innovaties ligt in de transparante elektroden van flexibele fotovoltaïsche apparaten. Transparante geleidende elektroden zijn een van de componenten op fotovoltaïsche cellen die licht de cel binnenlaten, waardoor de lichtopvangsnelheid toeneemt. Er wordt gebruik gemaakt van met indium gedoteerd tinoxide (ITO) om deze transparante elektroden te fabriceren, die worden gebruikt vanwege de ideale transparantie (>80%) en goede plaatweerstand en uitstekende omgevingsstabiliteit [7]. De ITO is cruciaal omdat alle componenten in bijna perfecte verhoudingen zijn. De verhouding van dikte in combinatie met transparantie en weerstand maximaliseert de resultaten van de elektroden [7]. Eventuele fluctuaties in de verhouding hebben een negatief effect op de elektroden en dus op de prestaties. Het vergroten van de dikte van de elektrode vermindert bijvoorbeeld de transparantie en weerstand, wat leidt tot verslechtering van de prestaties. ITO is echter een eindige hulpbron die snel wordt verbruikt. Er is onderzoek gaande om een alternatief te vinden dat niet alleenITO, maar zal naar verwachting de prestaties van ITO overtreffen [7].
Materialen zoals polymeersubstraten die zijn gemodificeerd met transparante geleidende oxiden zijn tot nu toe in populariteit toegenomen. Helaas is aangetoond dat deze substraten bros, stijf en zwaar zijn, wat de flexibiliteit en prestaties aanzienlijk vermindert [7].Onderzoekers bieden een oplossing voor met behulp van flexibele vezelachtige zonnecellen als elektrodevervanging. Een vezelige batterij bestaat uit een elektrode en twee afzonderlijke metalen draden die zijn gedraaid en gecombineerd met een actief materiaal om de elektrode te vervangen [7]. Zonnecellen zijn veelbelovend gebleken vanwege hun lichte gewicht , maar het probleem is het gebrek aan contactoppervlak tussen de metalen draden, wat het contactoppervlak verkleint en dus resulteert in verslechterde fotovoltaïsche prestaties [7].
Omgevingsfactoren zijn ook een grote drijfveer voor verder onderzoek. Momenteel is de wereld sterk afhankelijk van niet-hernieuwbare energiebronnen zoals fossiele brandstoffen, kolen en olie. De focus verschuiven van niet-hernieuwbare energiebronnen naar hernieuwbare energiebronnen, waaronder zonne-energie, is een noodzakelijke investering voor de toekomst. Elke dag laden miljoenen mensen hun telefoons, computers, laptops, smartwatches en alle elektronische apparaten op, en het gebruik van onze stoffen om deze apparaten op te laden door gewoon te lopen, kan ons gebruik van fossiele brandstoffen verminderen. Hoewel dit misschien lijkt triviaal op een kleine schaal van 1 of zelfs 500 mensen, wanneer opgeschaald tot tientallen miljoenen, zou het ons gebruik van fossiele brandstoffen aanzienlijk kunnen verminderen.
Van zonnepanelen in zonne-energiecentrales, inclusief die bovenop huizen, is bekend dat ze helpen bij het gebruik van hernieuwbare energie en het verminderen van het gebruik van fossiele brandstoffen, die nog steeds veel worden gebruikt.Amerika.Een van de grootste problemen voor de industrie is het verkrijgen van land voor bouw deze boerderijen. Een gemiddeld huishouden kan maar een bepaald aantal zonnepanelen ondersteunen en het aantal zonneparken is beperkt. In gebieden met voldoende ruimte zijn de meeste mensen altijd huiverig om een nieuwe zonne-energiecentrale te bouwen omdat het de mogelijkheid permanent sluit en potentieel van andere kansen op het land, zoals nieuwe bedrijven. Er is een groot aantal drijvende fotovoltaïsche paneelinstallaties die de laatste tijd grote hoeveelheden elektriciteit kunnen opwekken, en het belangrijkste voordeel van drijvende zonneparken is kostenbesparing [8]. land niet wordt gebruikt, hoeft u zich geen zorgen te maken over installatiekosten bovenop huizen en gebouwen. Alle momenteel bekende drijvende zonneparken bevinden zich op kunstmatige waterlichamen en in de toekomst zal ikis het mogelijk om deze boerderijen op natuurlijke waterlichamen te plaatsen.Kunstmatige reservoirs hebben veel voordelen die niet gebruikelijk zijn in de oceaan [9]. Door de mens gemaakte reservoirs zijn gemakkelijk te beheren en met eerdere infrastructuur en wegen kunnen boerderijen eenvoudig worden geïnstalleerd. Het is ook aangetoond dat drijvende zonneparken productiever zijn dan zonneparken op het land als gevolg van temperatuurschommelingen tussen water en land [9]. Vanwege de hoge soortelijke warmte van water is de oppervlaktetemperatuur van het land over het algemeen hoger dan die van waterlichamen, en het is aangetoond dat hoge temperaturen een negatief effect hebben op de prestaties van de conversiepercentages van zonnepanelen. Hoewel de temperatuur niet bepaalt hoeveel zonlicht een paneel ontvangt, heeft het wel invloed op de hoeveelheid energie die u uit zonlicht ontvangt. Bij lage energieën (dwz lagere temperaturen) zullen de elektronen in het zonnepaneel een rusttoestand, en als het zonlicht dan raakt, zullen ze een aangeslagen toestand bereiken [10]. Het verschil tussen de rusttoestand en de aangeslagen toestand is hoeveel energie er in de spanning wordt opgewekt.ht prikkelt deze elektronen, maar kan ook verwarmen. Als de warmte rond het zonnepaneel de elektronen bekrachtigt en ze in een laag aangeslagen toestand brengt, zal de spanning niet zo groot zijn als zonlicht het paneel raakt [10]. Aangezien land absorbeert en zendt uit warmte gemakkelijker dan water, zijn de elektronen in een zonnepaneel op het land waarschijnlijk in een hogere aangeslagen toestand, en dan bevindt het zonnepaneel zich op of nabij een waterlichaam dat koeler is. Verder onderzoek wees uit dat het verkoelende effect van het water rond de drijvende panelen helpt om 12,5% meer energie op te wekken dan op het land [9].
Tot dusver voorzien zonnepanelen slechts in 1% van de Amerikaanse energiebehoefte, maar als deze zonneparken zouden worden geplant op maximaal een kwart van de kunstmatige waterreservoirs, zouden zonnepanelen in bijna 10% van de Amerikaanse energiebehoefte voorzien. In Colorado, waar drijvende zo snel mogelijk kwamen er panelen, twee grote waterreservoirs in Colorado verloren veel water door verdamping, maar door het plaatsen van deze drijvende panelen werd voorkomen dat de reservoirs uitdroogden en werd er elektriciteit opgewekt [11]. -gemaakte reservoirs uitgerust met zonneparken zouden genoeg zijn om ten minste 400 gigawatt aan elektriciteit op te wekken, genoeg om meer dan een jaar 44 miljard led-lampen van stroom te voorzien.
Figuur 4a toont de vermogenstoename van de drijvende zonnecel ten opzichte van figuur 4b. Hoewel er het afgelopen decennium weinig drijvende zonneparken zijn geweest, maken ze nog steeds zo'n groot verschil in stroomopwekking. In de toekomst, wanneer drijvende zonneparken overvloediger wordt, zou de totale geproduceerde energie verdrievoudigen van 0,5 TW in 2018 tot 1,1 TW tegen eind 2022.[12].
Uit milieuoogpunt zijn deze drijvende zonneparken in veel opzichten zeer gunstig. Naast het verminderen van de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen, verminderen zonneparken ook de hoeveelheid lucht en zonlicht die het wateroppervlak bereikt, wat kan helpen de klimaatverandering te keren [9]. boerderij die windsnelheid en direct zonlicht op het wateroppervlak met ten minste 10% vermindert, zou een volledig decennium van opwarming van de aarde kunnen compenseren [9]. In termen van biodiversiteit en ecologie lijken er geen grote negatieve effecten te zijn. De panelen voorkomen harde wind activiteit op het wateroppervlak, waardoor erosie op de oever van de rivier wordt verminderd en de vegetatie wordt beschermd en gestimuleerd.[13]. Er zijn geen definitieve resultaten over de vraag of het leven in zee wordt aangetast, maar maatregelen zoals de met schelpen gevulde biohut die door Ecocean is gemaakt, hebben ondergedompeld zijn onder fotovoltaïsche panelen om mogelijk het leven in zee te ondersteunen. [13]. Een van de belangrijkste zorgen van lopend onderzoek is de mogelijke impact op de voedselketen als gevolg van de installatie van infrastructuur zoalsfotovoltaïsche panelen op open water in plaats van kunstmatige reservoirs. Aangezien er minder zonlicht in het water komt, veroorzaakt dit een vermindering van de fotosynthesesnelheid, wat resulteert in een enorm verlies van fytoplankton en macrofyten. Met de vermindering van deze planten, wordt de impact op dieren lager in de voedselketen, etc., leidt tot subsidies voor aquatische organismen [14]. Hoewel dit nog niet is gebeurd, zou dit verdere potentiële schade aan het ecosysteem kunnen voorkomen, een groot nadeel van drijvende zonneparken.
Aangezien de zon onze grootste energiebron is, kan het moeilijk zijn om manieren te vinden om deze energie te benutten en te gebruiken in onze gemeenschappen. Nieuwe technologieën en innovaties die elke dag beschikbaar zijn, maken dit mogelijk. Hoewel er niet veel draagbare kleding op zonne-energie is om nu zonneparken te kopen of te drijven om te bezoeken, dat verandert niets aan het feit dat de technologie geen enorm potentieel of een mooie toekomst heeft. zonnepanelen bovenop huizen. Draagbare zonnecellen hebben nog een lange weg te gaan voordat ze net zo gewoon worden als de kleding die we elke dag dragen. In de toekomst zullen zonnecellen naar verwachting in het dagelijks leven worden gebruikt zonder dat ze tussen onze kleding. Naarmate de technologie de komende decennia vordert, is het potentieel van de zonne-industrie eindeloos.
Over Raj Shah Dr. Raj Shah is directeur van de Koehler Instrument Company in New York, waar hij 27 jaar heeft gewerkt. Hij is een collega gekozen door zijn collega's bij IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSMTC, Institute of Physics, Institute of Energy Research en de Royal Society of Chemistry. Dr. Shah, ontvanger van de ASTM Eagle Award, was onlangs mede-redacteur van de bestseller "Fuels and Lubricants Handbook", details beschikbaar in ASTM's Long Awaited Fuels and Lubricants Handbook, 2e editie - 15 juli. 2020 – David Phillips – Petro Industry News Article – Petro Online (petro-online.com)
Dr. Shah heeft een PhD in Chemical Engineering van Penn State University en een Fellow van de Chartered School of Management, Londen.Hij is ook een Chartered Scientist van de Wetenschappelijke Raad, een Chartered Petroleum Engineer van het Energy Institute en een UK Engineering Council.Dr.Shah werd onlangs geëerd als Distinguished Engineer door Tau beta Pi, de grootste ingenieursvereniging in de Verenigde Staten. Hij zit in de adviesraden van Farmingdale University (Mechanical Technology), Auburn University (Tribology) en Stony Brook University (Chemical Engineering/ materiaalkunde en techniek).
Raj is een adjunct-professor in de afdeling Materials Science and Chemical Engineering van SUNY Stony Brook, heeft meer dan 475 artikelen gepubliceerd en is al meer dan 3 jaar actief op het gebied van energie. Meer informatie over Raj is te vinden op de directeur van Koehler Instrument Company verkozen tot Fellow bij het International Institute of Physics Petro Online (petro-online.com)
Mevrouw Mariz Baslious en de heer Blerim Gashi zijn studenten chemische technologie aan SUNY, en dr. Raj Shah is voorzitter van de externe adviesraad van de universiteit. Mariz en Blerim maken deel uit van een groeiend stageprogramma bij Koehler Instrument, Inc. in Holtzville, NY, dat moedigt studenten aan om meer te leren over de wereld van alternatieve energietechnologieën.
Posttijd: 12 februari-2022
