Khi nền văn minh phát triển, năng lượng cần thiết để hỗ trợ cách sống của chúng ta tăng lên mỗi ngày, đòi hỏi chúng ta phải tìm ra những cách mới và sáng tạo để khai thác các nguồn tài nguyên tái tạo của chúng ta, chẳng hạn như ánh sáng mặt trời, để tạo ra nhiều năng lượng hơn cho xã hội của chúng ta để tiếp tục Tiến bộ.
Ánh sáng mặt trời đã cung cấp và tạo điều kiện cho sự sống trên hành tinh của chúng ta trong nhiều thế kỷ. cách sống của chúng ta tăng lên mỗi ngày, đòi hỏi chúng ta phải tìm ra những cách thức mới và sáng tạo để khai thác các nguồn tài nguyên có thể tái tạo của chúng ta, chẳng hạn như ánh sáng mặt trời, để tạo ra nhiều năng lượng hơn cho xã hội của chúng ta để tiếp tục tiến bộ.
Từ xa xưa trở lại thế giới cổ đại, chúng ta đã có thể tồn tại nhờ năng lượng mặt trời, sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng bắt nguồn từ các tòa nhà được xây dựng cách đây hơn 6.000 năm, bằng cách định hướng ngôi nhà để ánh sáng mặt trời đi qua các khe hở hoạt động như một dạng sưởi Hàng nghìn năm sau, người Ai Cập và Hy Lạp đã sử dụng cùng một kỹ thuật để giữ cho ngôi nhà của họ mát mẻ trong mùa hè bằng cách che chắn chúng khỏi ánh nắng mặt trời [1]. Ánh sáng mặt trời không chỉ cần thiết cho nhiệt lượng tạo ra trong thế giới cổ đại mà nó còn được sử dụng để bảo quản và bảo quản thực phẩm thông qua muối. trong các bể năng lượng mặt trời [1]. Vào cuối thời kỳ Phục hưng, Leonardo da Vinci đã đề xuất ứng dụng công nghiệp đầu tiên của bộ tập trung năng lượng mặt trời gương lõm làm máy nước nóng, và sau đó Leonardo cũng đề xuất công nghệ hàn coppSử dụng bức xạ mặt trời và cho phép các giải pháp kỹ thuật để vận hành máy dệt [1]. Ngay trong cuộc Cách mạng Công nghiệp, W. Adams đã tạo ra cái mà ngày nay được gọi là lò năng lượng mặt trời. tập trung bằng gương vào một hộp gỗ phủ kính, nơi sẽ đặt nồi và đun sôi [1]. Nhanh chóng về sau vài trăm năm và động cơ hơi nước năng lượng mặt trời được chế tạo vào khoảng năm 1882 [1] .Abel Pifre đã sử dụng một gương lõm 3.5. đường kính m và tập trung nó vào một nồi hơi hình trụ tạo ra đủ năng lượng để vận hành máy in.
Năm 2004, nhà máy điện mặt trời tập trung thương mại đầu tiên trên thế giới có tên là Planta Solar 10 được thành lập tại Seville, Tây Ban Nha. cung cấp năng lượng cho hơn 5.500 ngôi nhà. Hơn một thập kỷ sau, vào năm 2014, nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới đã được khai trương tại California, Hoa Kỳ. 1].
Không chỉ các nhà máy đang được xây dựng và sử dụng, mà người tiêu dùng trong các cửa hàng bán lẻ cũng đang tạo ra các công nghệ mới. Bằng cách tích hợp kết nối USB hoặc các thiết bị khác, nó cho phép kết nối từ quần áo với các thiết bị như nguồn, điện thoại và tai nghe, có thể được sạc khi đang di chuyển. Institute và Torah Industries đã mô tả sự phát triển của một loại pin mặt trời hữu cơ mỏng có thể in nhiệt lên quần áo, cho phép tế bào hấp thụ năng lượng mặt trời và sử dụng nó như một nguồn năng lượng [2]]. Độ ổn định và tính linh hoạt lên đến 120 ° C [2]. Các thành viên của nhóm nghiên cứu dựa trên tế bào quang điện hữu cơ trên vật liệu gọi là PNTz4T [3].Tính ổn định vironmental và hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao, sau đó cả hai mặt của tế bào được bao phủ bởi chất đàn hồi, một vật liệu giống như cao su [3]. ngăn không cho nước và không khí xâm nhập vào bên trong tế bào. Việc sử dụng chất đàn hồi này giúp giảm sự xuống cấp của chính pin và kéo dài tuổi thọ của nó [3].
Một trong những hạn chế đáng chú ý nhất của ngành công nghiệp là nước. Sự thoái hóa của các tế bào này có thể do nhiều yếu tố gây ra, nhưng lớn nhất là nước, kẻ thù chung của bất kỳ công nghệ nào. tế bào quang điện hữu cơ [4]. Mặc dù bạn có thể tránh bị dính nước vào máy tính hoặc điện thoại trong hầu hết các trường hợp, nhưng bạn không thể tránh được nó với quần áo của mình. Dù trời mưa hay máy giặt, nước là không thể tránh khỏi. Tế bào quang điện hữu cơ đứng tự do và tế bào quang điện hữu cơ được tráng hai mặt, cả hai tế bào quang điện hữu cơ đều được ngâm trong nước trong 120 phút, người ta kết luận rằng công suất của tế bào quang điện hữu cơ đặt tự do có hiệu suất biến đổi chỉ giảm đi bằng 5,4% .Giá giảm 20,8% [5].
Hình 1. Hiệu suất chuyển đổi công suất chuẩn hóa dưới dạng hàm của thời gian ngâm. Các thanh lỗi trên biểu đồ thể hiện độ lệch chuẩn được chuẩn hóa bằng giá trị trung bình của hiệu suất chuyển đổi công suất ban đầu trong mỗi cấu trúc [5].
Hình 2 mô tả một sự phát triển khác tại Đại học Nottingham Trent, một pin mặt trời thu nhỏ có thể được nhúng vào sợi, sau đó được dệt thành vải dệt [2]. Dài 3mm và rộng 1,5mm [2] .Mỗi bộ phận được dát một lớp nhựa chống thấm nước để cho phép giặt đồ trong phòng giặt hoặc do thời tiết [2]. Pin cũng được thiết kế riêng để tạo sự thoải mái và mỗi bộ phận được gắn trong Trong nghiên cứu sâu hơn, người ta phát hiện ra rằng trong một loại quần áo nhỏ tương tự như một đoạn vải 5cm ^ 2 có thể chứa chỉ hơn 200 tế bào, lý tưởng tạo ra năng lượng 2,5 - 10 vôn, và kết luận rằng chỉ có 2000 tế bào Tế bào cần để có thể sạc điện thoại thông minh [2].
Hình 2. Các tế bào năng lượng mặt trời siêu nhỏ dài 3 mm và rộng 1,5 mm (ảnh của Đại học Nottingham Trent) [2].
Các loại vải quang điện kết hợp hai polyme nhẹ và chi phí thấp để tạo ra hàng dệt may tạo ra năng lượng. Thành phần đầu tiên trong số hai thành phần là pin mặt trời siêu nhỏ, thu năng lượng từ ánh sáng mặt trời và thành phần thứ hai bao gồm một máy phát điện nano, chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng [ 6] Phần quang điện của vải bao gồm các sợi polyme, sau đó được phủ một lớp mangan, kẽm oxit (một vật liệu quang điện) và đồng iốt (để thu điện tích) [6]. Sau đó, các tế bào này được dệt lại với nhau bằng một sợi dây đồng nhỏ và được tích hợp vào quần áo.
Bí mật đằng sau những đổi mới này nằm ở các điện cực trong suốt của các thiết bị quang điện linh hoạt. để chế tạo các điện cực trong suốt này, được sử dụng vì độ trong suốt lý tưởng (> 80%) và khả năng chống tấm tốt cũng như độ ổn định môi trường tuyệt vời [7]. ITO rất quan trọng vì tất cả các thành phần của nó đều ở tỷ lệ gần như hoàn hảo. Độ dày kết hợp với độ trong suốt và điện trở sẽ tối đa hóa kết quả của điện cực [7]. Bất kỳ biến động nào về tỷ lệ sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến điện cực và do đó hiệu suất. Ví dụ, tăng độ dày của điện cực làm giảm độ trong suốt và điện trở, dẫn đến suy giảm hiệu suất. Tuy nhiên, ITO là một nguồn tài nguyên hữu hạn được tiêu thụ nhanh chóng.ITO, nhưng dự kiến sẽ vượt qua hiệu suất của ITO [7].
Các vật liệu như đế polyme đã được biến tính bằng các ôxít dẫn điện trong suốt đã trở nên phổ biến cho đến nay. Sử dụng pin mặt trời dạng sợi linh hoạt làm vật thay thế điện cực. Pin dạng sợi bao gồm một điện cực và hai dây kim loại riêng biệt được xoắn và kết hợp với một vật liệu hoạt động để thay thế điện cực [7]. , nhưng vấn đề là thiếu diện tích tiếp xúc giữa các dây kim loại, làm giảm diện tích tiếp xúc và do đó làm giảm hiệu suất quang điện [7].
Hiện nay, thế giới phụ thuộc rất nhiều vào các nguồn năng lượng không thể tái tạo như nhiên liệu hóa thạch, than đá và dầu mỏ. Mỗi ngày có hàng triệu người sạc điện thoại, máy tính, máy tính xách tay, đồng hồ thông minh và tất cả các thiết bị điện tử và việc sử dụng vải của chúng tôi để sạc các thiết bị này chỉ bằng cách đi bộ có thể làm giảm việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch của chúng ta. tầm thường ở quy mô nhỏ 1 hoặc thậm chí 500 người, khi quy mô lên hàng chục triệu người, nó có thể làm giảm đáng kể việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch của chúng ta.
Các tấm pin mặt trời trong các nhà máy điện mặt trời, bao gồm cả những tấm pin được lắp trên nóc nhà, được biết là giúp sử dụng năng lượng tái tạo và giảm thiểu việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch vẫn được sử dụng nhiều. Xây dựng các trang trại này. Một hộ gia đình trung bình chỉ có thể hỗ trợ một số lượng nhất định các tấm pin mặt trời và số lượng trang trại năng lượng mặt trời là hạn chế. và tiềm năng của các cơ hội khác trên đất liền, chẳng hạn như các doanh nghiệp mới. Gần đây có một số lượng lớn các công trình lắp đặt bảng quang điện nổi có thể tạo ra một lượng lớn điện và lợi ích chính của các trang trại năng lượng mặt trời nổi là giảm chi phí [8]. Không sử dụng đất, không cần lo lắng về chi phí lắp đặt trên các ngôi nhà và tòa nhà.Có thể đặt các trang trại này trên các vùng nước tự nhiên.Các hồ chứa nhân tạo có nhiều ưu điểm mà các hồ chứa nhân tạo không phổ biến ở đại dương [9]. Các trang trại năng lượng mặt trời trên đất liền do sự thay đổi nhiệt độ giữa nước và đất [9]. Do nhiệt độ riêng của nước cao, nhiệt độ bề mặt của đất nói chung cao hơn nhiệt độ của các vùng nước và nhiệt độ cao đã được chứng minh là ảnh hưởng tiêu cực đến Hiệu suất của tỷ lệ chuyển đổi bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Mặc dù nhiệt độ không kiểm soát lượng ánh sáng mặt trời mà bảng điều khiển nhận được, nhưng nó ảnh hưởng đến mức năng lượng bạn nhận được từ ánh sáng mặt trời. trạng thái nghỉ và sau đó khi ánh sáng mặt trời chiếu vào, chúng sẽ đạt đến trạng thái kích thích [10]. Sự khác biệt giữa trạng thái nghỉ và trạng thái kích thích là năng lượng được tạo ra trong điện áp.ht kích thích các electron này, nhưng cũng có thể làm nóng. dễ dàng tỏa nhiệt hơn nước, các electron trong tấm pin mặt trời trên đất liền có khả năng ở trạng thái kích thích cao hơn, và khi đó tấm pin mặt trời nằm trên hoặc gần vùng nước mát hơn. nước xung quanh các tấm nổi giúp tạo ra năng lượng nhiều hơn 12,5% so với trên cạn [9].
Cho đến nay, các tấm pin mặt trời chỉ đáp ứng 1% nhu cầu năng lượng của nước Mỹ, nhưng nếu các trang trại năng lượng mặt trời này được trồng trên 1/4 hồ chứa nước nhân tạo, thì các tấm pin mặt trời sẽ đáp ứng gần 10% nhu cầu năng lượng của nước Mỹ. các tấm pin được giới thiệu càng sớm càng tốt, hai hồ chứa nước lớn ở Colorado đã mất rất nhiều nước do bốc hơi, nhưng bằng cách lắp đặt các tấm nổi này, các hồ chứa đã ngăn không bị khô và điện đã được tạo ra [11]. - Các hồ chứa tự chế được trang bị các trang trại năng lượng mặt trời sẽ đủ để tạo ra ít nhất 400 gigawatt điện, đủ để cung cấp năng lượng cho 44 tỷ bóng đèn LED trong hơn một năm.
Hình 4a cho thấy mức tăng điện năng do pin mặt trời nổi cung cấp so với Hình 4b. trở nên dồi dào hơn, tổng năng lượng sản xuất được cho là tăng gấp ba lần từ 0,5TW vào năm 2018 lên 1,1TW vào cuối năm 2022. [12].
Về mặt môi trường, các trang trại năng lượng mặt trời nổi này rất có lợi về nhiều mặt, ngoài việc giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, các trang trại năng lượng mặt trời còn làm giảm lượng không khí và ánh sáng mặt trời chiếu xuống mặt nước, điều này có thể giúp đảo ngược biến đổi khí hậu [9]. Trang trại làm giảm tốc độ gió và ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào mặt nước ít nhất 10% có thể bù đắp cho một thập kỷ trái đất nóng lên [9]. hoạt động trên bề mặt nước, do đó giảm xói mòn bờ sông, bảo vệ và kích thích thảm thực vật. [13]. Chưa có kết quả chính xác về việc sinh vật biển có bị ảnh hưởng hay không, nhưng các biện pháp như chòi sinh học bằng vỏ sò do Ecocean tạo ra đã [13].Các tấm pin quang điện trên mặt nước lộ thiên thay vì các hồ chứa nhân tạo. Khi ánh sáng mặt trời đi vào vùng nước ít hơn, nó làm giảm tốc độ quang hợp, dẫn đến sự mất mát lớn của thực vật phù du và đại thực vật. thấp hơn trong chuỗi thức ăn v.v.
Vì mặt trời là nguồn năng lượng lớn nhất của chúng ta, nên rất khó để tìm ra cách khai thác năng lượng này và sử dụng nó trong cộng đồng của chúng ta. để mua hoặc các trang trại năng lượng mặt trời nổi để tham quan ngay bây giờ, điều đó không thay đổi thực tế rằng công nghệ này không có tiềm năng to lớn hay một tương lai tươi sáng. Các tấm pin mặt trời trên nóc nhà: Pin mặt trời có thể sử dụng được còn một chặng đường dài trước khi chúng trở nên phổ biến như quần áo chúng ta mặc hàng ngày. Khi công nghệ tiến bộ trong những thập kỷ tới, tiềm năng của ngành công nghiệp năng lượng mặt trời là vô tận.
Giới thiệu về Raj Shah Tiến sĩ Raj Shah là giám đốc của Koehler Instrument Company ở New York, nơi ông đã làm việc 27 năm. Ông là thành viên được bầu bởi các đồng nghiệp của ông tại IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSMTC, Viện Vật lý, Viện Nghiên cứu Năng lượng và Hiệp hội Hóa học Hoàng gia.ASTM Eagle Award, Tiến sĩ Shah gần đây đã đồng biên tập cuốn “Sổ tay về Nhiên liệu và Dầu nhớt” bán chạy nhất, các chi tiết có trong Sổ tay Nhiên liệu và Dầu nhớt được chờ đợi từ lâu của ASTM, Ấn bản lần thứ 2 - ngày 15 tháng 7, 2020 - David Phillips - Bài báo Tin tức ngành Dầu khí - Petro Online (petro-online.com)
Tiến sĩ Shah có bằng Tiến sĩ về Kỹ thuật Hóa học tại Đại học Penn State và là Thành viên của Trường Quản lý Chartered, London.Ông cũng là Nhà khoa học được công nhận của Hội đồng Khoa học, Kỹ sư Dầu khí được Công nhận của Viện Năng lượng và Hội đồng Kỹ thuật Vương quốc Anh.Shah gần đây đã được vinh danh là Kỹ sư xuất sắc bởi Tau beta Pi, hiệp hội kỹ thuật lớn nhất ở Hoa Kỳ. Tài liệu khoa học và kỹ thuật).
Raj là giáo sư trợ giảng tại Khoa Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật Hóa học tại SUNY Stony Brook, đã xuất bản hơn 475 bài báo và đã hoạt động trong lĩnh vực năng lượng hơn 3 năm. được bầu làm thành viên tại Viện Vật lý Quốc tế Petro Online (petro-online.com)
Bà Mariz Baslious và ông Blerim Gashi là sinh viên kỹ thuật hóa học tại SUNY, và Tiến sĩ Raj Shah là chủ tịch hội đồng cố vấn bên ngoài của trường đại học.Mariz và Blerim là một phần của chương trình thực tập đang phát triển tại Koehler Instrument, Inc. ở Holtzville, NY, rằng khuyến khích sinh viên tìm hiểu thêm về thế giới của các công nghệ năng lượng thay thế.
Thời gian đăng: Tháng 2-12-2022
