نوشته‌ها

آگریوولتائیک بایفشیال برای باغ های زیتون

به گزارش آرا نیرو، یک تیم تحقیقاتی اسپانیایی-ایتالیایی پیکربندی‌های مختلف سیستم را برای آرایه‌های خورشیدی آگریولتائیک دو وجهی (Bifacial)مستقر در باغ‌های زیتون بررسی کرده‌اند و دریافته‌اند که زاویه شیب ماژول‌های خورشیدی تاثیر قابل‌توجهی بر بازده انرژی دارد در حالی که ارتفاع آن‌هانقش مهمی در افزایش عملکرد کشاورزی دارد.

 

گروهی از دانشمندان دانشگاه Jaén اسپانیا و دانشگاه Sapienza ایتالیا در رم بررسی کرده‌اند که چگونه سیستم‌های agrivoltaic دو وجهی را می‌توان بارشد زیتون ترکیب کرد تا هم قدرت و هم عملکرد کشاورزی را بهبود بخشد. محققان می‌گویند: «با در نظر گرفتن سه نوع متمایز زیتون (Picual، Manzanillaو Chemlali) و کاوش در پیکربندی‌های مختلف سیستم‌های خورشیدی فتوولتائیک(PV) دو وجهی، هدف این تحقیق بهینه‌سازی بازده کلی تولید انرژی وتولید زیتون است.

 

المهدی محب، نویسنده مسئول، به مجله pv گفت: «برخلاف انتظارات مرسوم، شیب عمودی ماژول‌های خورشیدی فتوولتائیک (PV) برای به حداکثر رساندن عملکرد درختان زیتون بهینه است. “این یافته غیرمنتظره بر تعامل ظریف بین جهت گیری ماژول PV و بهره وری کشاورزی درختان زیتون در سیستمهای agrivoltaic تاکید می کند.”

 

گروه تحقیقاتی پیکربندی های مختلف سیستم را بسته به زاویه شیب و ارتفاع پنل های خورشیدی آزمایش کردند.  سناریوها در یک شبیه‌سازی نرم‌افزاری تجزیه و تحلیل شدند و با استفاده از رویکرد raytracing مدل‌سازی شدند که نحوه تعامل نور با اجسام را توضیح می‌دهد.

photo 2024 02 21 10 33 12 - آگریوولتائیک بایفشیال برای باغ های زیتون

Source: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924000436#f0010
شکل 1. شماتیک مدل سیستم agrivoltaic با ماژول های PV دو وجهی. این صحنه شامل زمینی از درختان زیتون به همراه ماژول های PV است. سپس یک اسکن از صحنه انجام می شود تا میزان تابش خورشیدی گرفته شده توسط هر دو طرف جلو و عقب ماژول های PV دو وجهی و همچنین تابش گرفته شده توسط درختان زیتون محاسبه شود.

 

برای شبیه‌سازی‌ها، دانشگاهیان یک سیستم agrivoltaic دو وجهی (Bifacial) را فرض کردند که در شهر Jaén در جنوب اسپانیا، با مقادیر تابش و دماییک سال معمولی هواشناسی کار می‌کند. مزرعه شبیه سازی شده دارای مساحت 860 متر مربع بود که مطابق با شکل مستطیلی به طول 41.42 متر وعرض 20.76 متر بود. هشت ردیف درخت زیتون و هفت ردیف PV را در یک رویکرد کشت فوق فشرده در خود جای داد.

 

آنها توضیح دادند: “در این نوع پرورش زیتون، درختان معمولاً در یک طرح مستطیلی با الگوی کاشت 4-5 متر × 2-3 متر قرار می گیرند، بنابراین فضای کافی

بین ردیف ها برای قرار دادن ماژول های PV فراهم می‌شود.” مزارع فوق فشرده نیاز به خاک های با شیب متوسط ​​دارند که نصب سازه های PV را تسهیل می‌کند.

photo 2024 02 21 10 33 19 - آگریوولتائیک بایفشیال برای باغ های زیتون

نسبت های معادل زمین، عملکرد زیتون، و عملکرد فتوولتائیک PV با درخت زیتون Picual
Image: University of Jaén, Applied Energy

در شبیه سازی آنها، تنه درختان دارای شعاع 0.25 متر و ارتفاع 1 متر است، در حالی که تاج درخت دارای شعاع 1 متر و ارتفاع 1.5 متر است. ارتفاع کل2.5 متر در نظر گرفته شده است که نشان دهنده ارتفاع متوسط ​​درختان زیتون در این رویکرد کشت است. مدل های دو وجهی به اندازه 1.755 متر در1.038 متر در نظر گرفته شد و برای اطمینان از حرکت ماشین‌های برداشت بر روی هاب ها با حداقل ارتفاع 3 متر قرار گرفتند.

 

دانشمندان افزودند: “میزان تابش خورشیدی که به سمت عقب ماژول PV دو وجهی می رسد مستقیماً به ضرایب آلبدوی درختان و زمین مرتبط است.” دراین مطالعه، پهنای باند آلبدوی مورد استفاده برای درختان 0.309 است. همچنین از خاک سبک به عنوان آلبدوی زمینی با آلبدوی پهن باند 0.25 استفاده شد.

 

دما روی 21 درجه سانتیگراد و رطوبت 40 درصد تنظیم شد، با فرض شبیه سازی 16 ساعت نور در روز. برای محاسبه عملکرد درختان زیتون، واکنش جذب کربن ناخالص به نور جذب شده ارزیابی شد. این نشان دهنده کارایی کوانتومی فتوسنتز در درختان زیتون است که نشان می دهد چقدر انرژی نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می کنند.

photo 2024 02 21 10 32 43 - آگریوولتائیک بایفشیال برای باغ های زیتون

Source: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924000436#f0010
شکل 2. مدلسازی یک سیستم Agrivoltaic با درختان زیتون با استفاده از ابزار Raytracing تشعشع دو وجهی. صحنه ایجاد شده برای به دست آوردن تشعشعات فرود در نقاط مختلف.

هر تنظیم با زوایای شیب 0، 20، 40، 60، 80، و 90 درجه و ارتفاع هاب 3 متر، 3.5 متر، 4 متر و 4.5 متر اندازه گیری شد. سه رقم زیتون به دلیل پاسخنوری متفاوت آنها انتخاب شدند، زیرا در مناطق مختلف جغرافیایی غالب هستند. زیتون‌های رنگارنگ عمدتاً در Jaén یافت می‌شوند، زیتون‌های Manzanillaبومی سویل اسپانیا هستند، و زیتون Chemlali را می‌توان در کشورهای مختلف مدیترانه، به‌ویژه تونس یافت.

محققان اظهار داشتند: “به طور کلی، نتایج نشان می‌دهد که تغییر در زاویه شیب تاثیر بیشتری بر عملکرد PV دارد، در حالی که تغییر در ارتفاع ماژول PVدر درجه اول بر عملکرد درختان زیتون تاثیر می‌گذارد.” یافته‌ها نشان می‌دهد که ماژول‌های PV که در نزدیکی عرض جغرافیایی سایت قرار دارند، بالاترین بازده انرژی را دارند، در حالی که ماژول‌های عمودی به بیشترین بازده زیتون منجر می‌شوند.

 

نسبت معادل اوج زمین (LER)، که بهره‌وری زمین حاصل از ترکیب انرژی و محصول را کمیت می‌کند، 171 درصد از آنچه که هر سیستم به صورت جداگانه تولید می‌کند، در صورت اجرای جداگانه در همان منطقه بود. در زاویه شیب 20 درجه و 3 متر به دست آمد. کمترین LER در 90 درجه، در ارتفاع 4 متر به دست آمد.

 

محققان نتیجه گرفتند: «ارزیابی گونه‌های درخت زیتون وابستگی متوسطی به سایه‌اندازی نشان می‌دهد، و همه گونه‌ها را کاندید مناسبی برای کاربردهای agrivoltaic می‌کند».
یافته‌ها در مقاله «افزایش کاربری زمین: ادغام دو وجهی PV و درختان زیتون در سیستم‌های agrivoltaic» منتشر شده در Applied Energy معرفی شدند.

نویسنده: پایگاه خبری آرا نیرو
منبع:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924000436#f0010

راهکارهای شبکه هوشمند Smart Grid برای رفع ناترازی برق
شبکه‌های هوشمند (Smart Grids) مجموعه‌ای از فناوری‌ها و راه‌حل‌ها هستند که می‌توانند برای بهبود پایداری، انعطاف‌پذیری و راندمان شبکه‌های برق

مورد استفاده قرار گیرند. این شبکه‌ها می‌توانند نقش مهمی در رفع ناترازی برق ایفا کنند.

برخی از راهکارهای شبکه هوشمند برای رفع ناترازی برق عبارتند از:

1. مدیریت تقاضا که شامل موارد زیر می‌باشد؛

قیمت‌گذاری پویا: با تغییر قیمت برق در زمان‌های مختلف روز، می‌توان مصرف‌کنندگان را به مصرف در زمان‌های کم‌بار ترغیب کرد.

کنترل بار: با استفاده از فناوری‌های هوشمند، می‌توان مصرف برق را در زمان‌های اوج مصرف به طور خودکار کاهش داد.

پاسخگویی به تقاضا: با ارائه مشوق به مصرف‌کنندگان، می‌توان آنها را به کاهش مصرف برق در زمان‌های بحرانی تشویق کرد.

2. افزایش تولید برق؛

استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر: با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند نیروگاه خورشیدی و بادی می‌توان وابستگی به منابع انرژی فسیلی را کاهش داد.
ذخیره‌سازی انرژی: با ذخیره‌سازی انرژی در زمان‌های تولید مازاد، می‌توان از آن در زمان‌های کمبود برق استفاده کرد.

3. ارتقای شبکه؛

استفاده از فناوری‌های دیجیتال: با استفاده از فناوری‌های دیجیتال مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشین می‌توان شبکه را به طور بهینه‌تر مدیریت کرد.

ایجاد شبکه‌های توزیع هوشمند: با ایجاد شبکه‌های توزیع هوشمند، می‌توان به طور موثرتری برق را به مصرف‌کنندگان رساند.

4. افزایش تعامل با مصرف‌کنندگان؛

ارائه اطلاعات به مصرف‌کنندگان: با ارائه اطلاعات به مصرف‌کنندگان در مورد مصرف برقشان، می‌توان آنها را به مصرف بهینه‌تر برق تشویق کرد.

توانمندسازی مصرف‌کنندگان: با ارائه ابزارهای لازم به مصرف‌کنندگان، می‌توان آنها را در مدیریت مصرف برق خود مشارکت داد.

مزایای استفاده از شبکه‌های هوشمند برای رفع ناترازی برق:

کاهش وابستگی به منابع انرژی فسیلی: با استفاده از شبکه‌های هوشمند می‌توان وابستگی به منابع انرژی فسیلی را کاهش داد و انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش داد.

افزایش پایداری شبکه: شبکه‌های هوشمند می‌توانند پایداری شبکه را در برابر اختلالات و حوادث افزایش دهند.

کاهش هزینه‌ها: با استفاده از شبکه‌های هوشمند می‌توان هزینه‌های تولید و توزیع برق را کاهش داد.

چالش‌های استفاده از شبکه‌های هوشمند:

هزینه اولیه بالا: پیاده‌سازی شبکه‌های هوشمند نیازمند سرمایه‌گذاری اولیه بالا است.

امنیت سایبری: شبکه‌های هوشمند به دلیل استفاده از فناوری‌های دیجیتال، در معرض تهدیدات سایبری هستند.

نیاز به آموزش: برای استفاده از شبکه‌های هوشمند، نیاز به آموزش و ظرفیت‌سازی در بین مصرف‌کنندگان و اپراتورها وجود دارد.

نتیجه‌گیری:

شبکه‌های هوشمند می‌توانند نقش مهمی در رفع ناترازی برق ایفا کنند. با استفاده از این شبکه‌ها می‌توان پایداری، انعطاف‌پذیری و راندمان شبکه‌های

برق را افزایش داد و هزینه‌ها را کاهش داد. با وجود برخی چالش‌ها، مزایای استفاده از شبکه‌های هوشمند بسیار بیشتر از هزینه‌های آن است.

در مقالات آتی به جزئیات بیشتری از شبکه‌های هوشمند می‌پردازیم.

 

نویسنده: دپارتمان خبری آرا نیرو

منابع:
وب‌سایت‌ها:
• U.S. Department of Energy – Office of Electricity
• National Institute of Standards and Technology (NIST): (https://www.nist.gov/smartgrid)
• Smart Grid International
• Electric Power Research Institute (EPRI)
مجله‌ها:
• IEEE Transactions on Smart Grid: https://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=83
• IET Smart Grid
• Elsevier – Renewable and Sustainable Energy Reviews: https://www.sciencedirect.com/journal/renewable-and-sustainable-energy-reviews
کتاب‌ها:
• Smart Grid: Modernization of Electric Power Delivery, by James Momoh
• The Smart Grid: An Introduction, by Janaka Ekanayake, Nick Jenkins, Kithsiri Liyanage, Jianzhong Wu, and Akihiko Yokoyama
• Power Systems: Modeling, Computation, and Applications, by Abhijit Chakrabarti and Sunita Misra
گزارش‌ها:
• The Smart Grid: An Overview of Opportunities and Challenges, by the U.S. Department of Energy
• Modernizing the Electric Grid: A Primer on Smart Grid Technologies and Their Benefits, by the Electric Power Research Institute
سازمان‌ها:
• International Smart Grid Action Network (ISGAN)
• Smart Grid European Technology Platform (SG-ETP)
•  Google Scholar

روش‌شناسی جدید برای شناسایی زمین مناسب برای agrivoltaic یا کشاورزی-فتوولتائیک

به گزارش آرا نیرو، محققان در سوئد روش جدیدی را برای شناسایی سطوح مناسب برای پروژه های agrivoltaic در کشور خود ترسیم کرده اند. آنها دریافتند که تقریباً 8.6٪ (تقریباً 38485 کیلومتر مربع) از زمین آن‌ها پتانسیل میزبانی از تاسیسات agrivoltaic را دارد.

یک گروه بین المللی از محققان روشی را برای شناسایی و طبقه بندی مناطق مناسب برای نصب سیستم های agrivoltaic ایجاد کرده اند.
پیترو کامپانا یکی از نویسندگان این مقاله به مجله pv گفت: “این یکی از اولین مطالعات منتشر شده در مورد ترکیب رویکردهای سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) و تکنیک های تصمیم گیری چند معیاره (MCDM) برای شناسایی و طبقه بندی مناسب ترین منطقه برای سیستم های agrivoltaic است.”

این مطالعه نشان داد که تقریباً 8.6٪  (حدود 38485 کیلومتر مربع) از زمین در سوئد برای سیستم های agrivoltaic مناسب است.
محققان با استفاده از سیستم‌های agrivoltaic عمودی با ماژول‌های دو وجهی، ظرفیت کل پتانسیل نصب شده را برای مناطق طبقه‌بندی شده به عنوان “عالی”، “بسیار خوب” و “خوب” حدود 1.2 PWh تعیین کردند، در حالی که کل ظرفیت نصب شده در قلمرو “عالی” و “بسیار خوب” با حدود 207 تراوات ساعت است. هر دو قلمرو، مجموع ظرفیت تولید بسیار بالاتری نسبت به مصرف واقعی برق در سراسر کشور در سال 2021 دارند و همچنین از بالاترین سطح مصرف برق پیش‌بینی‌شده برای سوئد در سال 2050 فراتر می‌روند.

به گزارش آرا نیرو، این گروه از یک رویکرد پنج مرحله‌ای GIS-MCDM استفاده کرد که در آن GIS تجزیه و تحلیل مبتنی بر مکان را با تجسم و پردازش داده‌های جغرافیایی انجام داد و الگوریتم MCDM برای محاسبه وزن معیارهای ارزیابی مختلف استفاده شد. نقشه‌های جغرافیایی که طبقه‌بندی مناسب برای هر یک از معیارها و همچنین نقشه تناسب نهایی را نشان می‌دهند، از طریق ابزار ArcGIS Pro پردازش شدند.
کامپانا گفت: در مقایسه با گزارش JRC در مورد پتانسیل‌های سیستم‌های agrivoltaic در اروپا که از داده‌های آماری استفاده می‌کند، ما از جدیدترین محصول Corine Land Cover (CLC2018) استفاده کرده‌ایم که از آنجا می‌توانیم مناطقی را که از نظر فیزیکی استفاده می‌شود یا می‌توان به عنوان کشاورزی استفاده کرد، تخمین زد.

تجزیه و تحلیل نشان داد که مناطقی که به عنوان مراتع طبقه بندی می شوند می توانند حدود 80 تراوات ساعت در سال را تأمین کنند “در حالی که 90٪ از پتانسیل علوفه مراتع ملی را حفظ می کنند.” محققان فرض کردند که سازه های تاسیسات خورشیدی عمودی باعث کاهش 10 درصدی سطح محصول موثر می شود. علیرغم کاهش محصول در عرض‌های جغرافیایی بالا، این تیم اشاره کرد که سیستم‌های agrivoltaic پتانسیل تقویت مالی برای کشاورزان را دارند.
یافته‌های آن‌ها در گزارش «پتانسیل‌های سیستم‌های Agrivoltaic در سوئد: تحلیل چند معیاره به کمک geospatial» که در Applied Energy منتشر شده است، موجود است.
نویسندگان شامل محققانی از دانشگاه نفت و مواد معدنی پادشاه فهد عربستان سعودی، دانشگاه کافرشیخ مصر، دانشگاه کاتولیکا دل ساکرو کوئوره ایتالیا، و دانشگاه مالاردالن سوئد، دانشگاه اوپسالا، و موسسه هواشناسی و هیدرولوژی سوئد بودند.
منبع: مجله PV

انقلابی در رفع آلودگی آب با فناوری پلاسما

فناوری پلاسما انقلابی در تولید لوازم الکترونیکی و تصفیه آب ایجاد کرده است و راه حل های پایداری را برای چالش های مدرن از طریق طراحی های خلاقانه راکتور ارائه می دهد.
دو گروه تحقیقاتی UCO یک راکتور پلاسما (یک گاز یونیزه) را طراحی می‌کنند که توسط امواج مایکروویو نگهداری می‌شود که آلودگی‌زدایی آب‌ از غلظت‌های بالای رنگ را ممکن می‌سازد.

پلاسما یک گاز یونیزه است – یعنی گازی حاوی الکترون‌ها، یون ها، اتم ها، مولکول ها، رادیکال ها و فوتون ها. اغلب به آن حالت چهارم ماده می گویند و در کمال تعجب، در همه چیز نفوذ می کند. پلاسماها که به‌طور مصنوعی با انتقال انرژی به گاز تولید می‌شوند، در لوله‌های فلورسنتی یافت می‌شوند که آشپزخانه‌ها را روشن می‌کنند، و البته به موبایل‌ها اجازه می‌دهند کوچک‌تر و کوچک‌تر شوند.

پلاسما در فناوری
پلاسما یک انقلاب واقعی در دنیای فناوری بوده است. پیش از این، برای حک کردن بر روی صفحات سیلیکونی مدارهای وسایل الکترونیکی مانند تلفن همراه و استفاده از محصولات شیمیایی آلاینده، ضروری بود. در حال حاضر استفاده از پلاسما این امکان را فراهم کرده است که کار را با دقت و تمیزی بیشتری انجام دهیم، این امکان وجود دارد که شکاف‌ها را کوچکتر و کوچکتر کنیم و به همراه آنها دستگاه‌ها را نیز کوچکتر کنیم.
کاربردهای محیطی پلاسما
اما پلاسما کاربردهای دیگری نیز دارد، مانند تصفیه آب. گروه FQM-136 فیزیک پلاسما و FQM-346 کاتالیز آلی و مواد نانوساختار در دانشگاه کوردوبا در یک مطالعه تحقیقاتی با هدف حذف آلاینده‌های موجود در آب با استفاده از پلاسما برای ترویج فرآیندهای شیمیایی همکاری کردند.

با هدف مقابله با مشکل افزایش حضور آلاینده‌های آلی در آب‌ها، مانند رنگ‌ها و سایر ترکیبات حاصل از فعالیت‌های کشاورزی و صنعتی در آب‌هایی که اکوسیستم‌ها را بی‌ثبات می‌کنند، این محققان استفاده از پلاسما را انتخاب کردند.

پیشرفت در رفع آلودگی آب
در سال 2017، آنها برای اولین بار نشان دادند که پلاسمای آرگون القا شده توسط امواج Open-air microwaves _ نوع جدیدی از مایکروویو هستند که به جای استفاده از محفظه فلزی دربسته، از تابش امواج مایکروویو در فضای باز استفاده می‌کنند _ هنگام اثر بر روی آب، گونه‌های واکنشی حاوی اکسیژن و نیتروژن (مانند رادیکال‌های هیدروکسیل، پراکسید هیدرونوس، رادیکال‌های نیتروژن) را در جهت ضد آلودگی آب تولید می‌کنند. اکنون محققان Juan Amaro Gahete، Francisco J. Romero Salguero و María C. García موفق به طراحی راکتوری از این نوع پلاسما شده اند و میزان تولید این گونه های فعال در آب را به میزان قابل توجهی افزایش داده و در نتیجه تخریب غلظت های بالا را ممکن می‌سازند. نمونه اش تجزیه رنگ ها (در این مورد، متیلن بلو) تنها در چند دقیقه.

photo 2024 02 13 16 34 15 - انقلابی در رفع آلودگی آب با فناوری پلاسما

source:The researchers Francisco J. Romero, Juan Amaro and Maria C García. Credit: University of Cordoba

نوآوری در طراحی راکتور پلاسما
این امر با تغییر طراحی سورفاترون، دستگاه فلزی که انرژی تولید کننده مایکروویو را با پلاسما مخلوط می‌کند تا آن را حفظ کند، به دست آمد. پروفسور ماریا توضیح داد: «کاری که ما انجام داده‌ایم این است که یک قطعه کوچک سیلیکون را در لوله تخلیه کوارتز قرار داده‌ایم که اجازه می‌دهد پلاسمای متفاوتی تولید شود، پلاسمایی که رشته‌ای نیست و در ایجاد گونه‌های فعال هنگام تعامل با آب کارآمدتر است». سی. گارسیا اشاره میکند اجزای پلاسما فوق الذکر، هنگام تعامل با آب، گونه های اکسید کننده ای تولید می کنند که قادر به تجزیه ترکیبات آلی و کشتن میکروارگانیسم ها هستند، که به این راکتور پلاسما اجازه می دهد تا در برنامه‌های مربوط به تصفیه آب استفاده شود.
پروفسور گارسیا توضیح داد این پیکربندی جدید، کاربرد این نوع پلاسما را گسترش می دهد. این طرح به طور کامل پیکربندی میدان الکترومغناطیسی تولید شده توسط سورفاترون را برای ایجاد پلاسما تغییر می‌دهد و در نتیجه پلاسمایی با خواص متفاوت و کارآمدتر به دست می‌آید و همچنین مشکل رشته‌بندی (تقسیم ستون پلاسما به رشته‌های متعدد) را که باعث بی‌ثباتی می‌شود، از بین می‌برد.

آینده پاکسازی پلاسما
و سپس… آلودگی زدایی. پروفسور فرانسیسکو جی. رومرو ادامه داد: «آن گونه‌های اکسیدکننده‌ای که در اثر عمل پلاسما ایجاد می‌شوند، بسیار واکنش‌پذیر هستند و تخریب مواد آلی داخل آب را ممکن می‌سازند». برای اینکه این اتفاق بیفتد، پلاسما وارد آب نمی شود. بلکه به گونه ای ساخته شده است که از راه دور عمل کند، به طوری که بین آب و پلاسما منطقه ای از هوا وجود دارد که در آن واکنش های متعددی به دلیل برخورد بین گونه های برانگیخته و مولکول های اکسیژن، نیتروژن و بخار آب و “گونه های واکنشی که منتشر می شوند” رخ می دهد. وارد مایع شده و در نهایت با آلاینده ها ترکیب می شوند.

پژوهشگر خوان آمارو، گفت: پتانسیل ضد آلودگی این نوع پلاسما با این طرح جدید، برای کاهش غلظت‌های بالای رنگ متیلن بلو در آب، با نتایج بسیار کارآمد از نظر انرژی، دستیابی به حذف کامل رنگ همراه با کاهش زمان‌ تصفیه، آزمایش شده است.
بنابراین، با این کار، پیشرفت قابل توجهی در کاربردهای پلاسما حاصل شد که “حالت چهارم ماده” با ارائه یک گاز پایدار و تبدیل آن به گاز یونیزه، تقریباً برای همه چیز قابل استفاده است: ساخت ریزتراشه ها، ضدعفونی کردن سطوح، التیام زخم ها، رسوب پوشش های ضد انعکاس روی شیشه‌ها، بهبود جوانه زنی بذر، بازیابی ضایعات، فعال کردن سطح پلاستیک ها برای دستیابی به چسبندگی بهتر رنگ و کاربردهای بی شمار دیگر.

منبع: «دستگاه سورفاترون اصلاح‌شده برای بهبود تولید RONS با کمک مایکروویو پلاسما و تجزیه متیلن بلو در آب» توسط Juan Amaro-Gahete، Francisco J. Romero-Salguero و Maria C. Garcia، 29 نوامبر 2023، Chemosphere.
DOI: 10.1016/j.chemosphere.2023.140820

دانشمندان باتری EV الهام گرفته از شکلات ساخته اند که می تواند صنعت خودرو را متحول کند.
در اینجا نحوه عملکرد آن آمده است.
به گزارش آرا نیرو دانشمندان یک باتری انقلابی ساخته اند که می‌تواند بیش از یک دهه با حداقل زمان شارژ دوام بیاورد. همانطور که در Tech Xplore توضیح داده شده است، محققان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان A. Paulson (SEAS) باتری فلزی لیتیوم جدیدی ساخته اند که می تواند حداقل 6000 بار شارژ و دشارژ شود. با وجود چرخه عمر طولانی، باتری فقط 10 دقیقه برای شارژ مجدد نیاز دارد.

این تحقیق که در Nature Materials منتشر شده است، روش جدیدی را توضیح می‌دهد که باتری‌های حالت جامد را می‌توان با آند فلزی لیتیوم ساخت و همچنین شامل جزئیات مواد مورد استفاده در ساخت آنها می‌شود.

آیا دسترسی به ایستگاه های شارژ الکتریکی شما را به خرید یک خودروی الکتریکی ترغیب می کند؟
آره
نه

روی انتخاب خود کلیک کنید تا نتایج را ببینید و نظر خود را بیان کنید
شین لی، دانشیار علوم مواد در SEAS و نویسنده ارشد این مقاله گفت: باتری‌های آند فلزی لیتیوم جام مقدس باتری‌ها در نظر گرفته می‌شوند، زیرا ظرفیت آن‌ها 10 برابر آندهای گرافیتی تجاری است و می‌توانند مسافت رانندگی خودروهای الکتریکی را به شدت افزایش دهند. “تحقیق ما گام مهمی به سوی باتری های حالت جامد کاربردی تر برای کاربردهای صنعتی و تجاری است.”
باتری‌های فلزی لیتیوم پتانسیل چگالی انرژی بالاتری را در مقایسه با باتری‌های لیتیوم یونی سنتی ارائه می‌دهند که به آن‌ها اجازه می‌دهد انرژی بیشتری ذخیره کنند و به طور بالقوه محدوده خودروهای الکتریکی را بدون افزایش اندازه یا وزن باتری افزایش دهند.

با این حال، طراحی باتری‌های فلزی لیتیومی معمولاً با ایجاد چالش دندریت در سطح آند مواجه است. Tech Xplore توضیح داد که “این ساختارها مانند ریشه در الکترولیت رشد می کنند و مانع جداکننده آند و کاتد را سوراخ می کنند و باعث کوتاه شدن باتری یا حتی آتش گرفتن می شوند.”

به گزارش آرا نیرو تحقیقات جدید نشان داد که لی و تیمش راهی برای جلوگیری از تشکیل دندریت‌ها با استفاده از ذرات سیلیکون به اندازه میکرون در آند برای منقبض کردن واکنش لیتیاسیون و تسهیل پوشش همگن لایه ضخیم فلز لیتیوم پیدا کردند. طراحی به طور قابل توجهی متفاوت از شیمی باتری های لیتیوم یون مایع است، که در آن ذرات سیلیکون موجود در آند زمانی که یون های لیتیوم از طریق واکنش لیتیاسیون عمیق نفوذ می‌کنند، از بین می روند.
لی گفت: «در طراحی ما، فلز لیتیوم در اطراف ذرات سیلیکون پیچیده می‌شود، مانند یک پوسته شکلات سخت در اطراف هسته فندق در یک ترافل شکلاتی.

به گزارش آرا نیرو، لی و تیمش یک نسخه سلولی کیسه‌ای به اندازه تمبر پستی از باتری طراحی کردند که 10 تا 20 برابر بزرگتر از سلول سکه ای است که معمولاً در آزمایشگاه های دانشگاه ایجاد می شود. این باتری پس از 6000 چرخه 80 درصد ظرفیت خود را حفظ کرد که بسیار بیشتر از سایر باتری های کیسه‌ای موجود در بازار امروزی است.

هدف بعدی این تیم افزایش فناوری برای ساخت باتری سلولی کیسه ای در اندازه گوشی هوشمند است.

این تحقیق همچنین ده‌ها ماده دیگر را نشان داد که به طور بالقوه می‌توانند عملکرد مشابهی در باتری‌های حالت جامد داشته باشند.

لی گفت: «تحقیقات قبلی نشان داده بود که مواد دیگر، از جمله نقره، می‌توانند به عنوان مواد خوبی در آند برای باتری‌های حالت جامد عمل کنند. “تحقیق ما یکی از مکانیسم های احتمالی این فرآیند را توضیح می دهد و مسیری برای شناسایی مواد جدید برای طراحی باتری ارائه می دهد.”
ید و روی جایگزین مناسبی برای لیتیوم هستند. این پیشرفت‌های جدید همچنین می‌تواند به کاهش وابستگی به لیتیوم به چین کمک کند، زیرا این کشور سومین معدن‌کار بزرگ لیتیوم در جهان است.
منبع:
Doric Sam, January 31, 2024 

دانشمندان اولین باتری را با استفاده از هموگلوبین ساختند

به گزارش آرا نیرو محققان دانشگاه کوردوبا با همکاری سایر موسسات، نوع جدیدی از باتری را با استفاده از هموگلوبین به عنوان کاتالیزور در باتری های روی-هوا ساخته اند.  این باتری زیست سازگار می تواند تا 30 روز کار کند و چندین مزیت از جمله پایداری و مناسب بودن برای استفاده در دستگاه های بدن انسان را ارائه می دهد.  علیرغم ماهیت غیرقابل شارژ آن، این نوآوری گامی مهم به سوی جایگزین های باتری سازگار با محیط زیست است که محدودیت های باتری های لیتیوم یون فعلی را برطرف می کند.
محققان مؤسسه شیمیایی انرژی و محیط زیست (IQUEMA) در دانشگاه کوردوبا باتری‌ای ساخته‌اند که از هموگلوبین برای تسهیل واکنش‌های الکتروشیمیایی استفاده می‌کند و عملکرد آن را برای تقریباً 20 تا 30 روز حفظ می‌کند.
هموگلوبین پروتئینی است که در گلبول‌های قرمز خون وجود دارد و وظیفه انتقال اکسیژن از ریه‌ها به بافت‌های مختلف بدن (و سپس انتقال دی اکسید کربن) را بر عهده دارد.  میل بسیار بالایی برای اکسیژن دارد و برای زندگی اساسی است، حالا اگر همین هموگلوبین عنصر کلیدی برای نوعی دستگاه الکتروشیمیایی نیز باشد که اکسیژن نیز در آن نقش مهمی دارد، مانند باتری های روی-هوا، چطور؟
این همان چیزی است که گروه های شیمی فیزیک (FQM-204) و شیمی معدنی (FQM-175) در دانشگاه کوردوبا (UCO) به همراه تیمی از دانشگاه پلی تکنیک کارتاخنا پس از مطالعه توسط دانشگاه می‌خواستند آن را تأیید و توسعه دهند. آکسفورد و یک پروژه درجه نهایی در UCO نشان دادند که هموگلوبین دارای خواص امیدوارکننده ای برای فرآیند کاهش و اکسیداسیون (redox) است که توسط آن انرژی در این نوع سیستم تولید می شود.

بنابراین، تیم تحقیقاتی، از طریق پروژه اثبات مفهوم اولین باتری زیست سازگار (که برای بدن مضر نیست) با استفاده از هموگلوبین در واکنش الکتروشیمیایی که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند، توسعه دادند.

مکانیسم و ​​مزایای باتری هموگلوبین
با استفاده از باتری‌های روی-هوا، یکی از پایدارترین جایگزین‌ها برای باتری‌هایی که در حال حاضر بر بازار مسلط هستند (باتری‌های لیتیوم یون)، هموگلوبین به عنوان یک کاتالیزور در چنین باتری‌هایی عمل می‌کند. یعنی پروتئینی است که وظیفه تسهیل واکنش الکتروشیمیایی به نام واکنش کاهش اکسیژن (ORR) را بر عهده دارد و باعث می شود پس از ورود هوا به باتری، اکسیژن در یکی از قسمت های باتری کاهش یافته و به آب تبدیل شود. (کاتد یا قطب مثبت)، الکترون‌هایی را آزاد می‌کند که به قسمت دیگر باتری (آند یا قطب منفی)، جایی که اکسیداسیون روی رخ می‌دهد، می‌رسند.
همانطور که مانوئل کانو لونا، محقق UCO توضیح می‌دهد: «برای اینکه کاتالیزور خوبی در واکنش کاهش اکسیژن داشته باشیم، کاتالیزور باید دو ویژگی داشته باشد: باید مولکول‌های اکسیژن را به سرعت جذب کند و مولکول‌های آب را نسبتاً آسان تشکیل دهد، که هموگلوبین این الزامات را برآورده کرد. در واقع، از طریق این فرآیند، تیم موفق شد نمونه اولیه باتری زیست سازگار خود را با 0.165 میلی گرم هموگلوبین بین 20 تا 30 روز به کار بگیرد.
به گزارش آرا نیرو علاوه بر عملکرد قوی، نمونه اولیه باتری که آنها توسعه داده اند دارای مزایای دیگری نیز می باشد. اول از همه، باتری‌های روی-هوا پایدارتر هستند و می‌توانند در شرایط جوی نامطلوب مقاومت کنند، برخلاف سایر باتری‌هایی که تحت تأثیر رطوبت قرار دارند و برای ساخت آنها نیاز به جوی بی‌اثر است.
ثانیاً، همانطور که Cano Luna استدلال می کند، “استفاده از هموگلوبین به عنوان یک کاتالیزور زیست سازگار با توجه به استفاده از این نوع باتری در دستگاه‌هایی که در بدن انسان ادغام می شوند، مانند ضربان سازها، کاملا امیدوار کننده است.”  در واقع باتری با pH 7.4 کار می کند که PH مشابه pH خون است.  علاوه بر این، از آنجایی که هموگلوبین تقریباً در تمام پستانداران وجود دارد، می توان از پروتئین با منشاء حیوانی نیز استفاده کرد.

چالش ها و جهت گیری های آینده
با این حال، باتری ای که آنها توسعه داده اند، فضا برای بهبود دارد. نکته اصلی این است که این باتری نمونه اولیه است، اینکه فقط انرژی الکتریکی را تخلیه می‌کند و قابل شارژ نیست. بنابراین، تیم در حال حاضر گام‌های بعدی را برای یافتن پروتئین بیولوژیکی دیگری برمی‌دارد که می‌تواند آب را به اکسیژن تبدیل کند و در نتیجه باتری را شارژ کند. علاوه بر این، باتری ها فقط در حضور اکسیژن کار می کنند، بنابراین نمی توان از آنها در فضا استفاده کرد.

این مطالعه که در ژورنال Energy & Fuels منتشر شده است، در را به روی جایگزین‌های کاربردی جدید برای باتری‌ها باز می‌کند، در شرایطی که انتظار می‌رود دستگاه‌های تلفن همراه بیشتر و بیشتر شود، و در آن تعهد فزاینده‌ای به انرژی‌های تجدیدپذیر وجود دارد، به طوری که داشتن وسایلی که انرژی الکتریکی اضافی را به صورت انرژی شیمیایی ذخیره می کنندلازم است. مهمتر از همه، رایج ترین باتری های امروزی، لیتیوم یون، با مشکلات کمبود لیتیوم و اثرات زیست محیطی آن به عنوان زباله های خطرناک مواجه هستند.
منبع: «باتری روی-هوای مبتنی بر هموگلوبین انسانی در یک الکترولیت خنثی» توسط والنتین گارسیا-کابالرو، سباستین لورکا، مارتا ویلا-مورنو، آلوارو کابالرو، خوان جی. گینر-کازارس، آنتونیو جی.
25 سپتامبر 2023، انرژی و سوخت.
doi.org/10.1021/acs.energyfuels.3c02513

ایالات متحده 22 میلیون هکتار را با پنل های خورشیدی پوشش می دهد

 

چند روز پیش، دولت بایدن اعلام کرد که 22 میلیون هکتار از زمین های عمومی را برای توسعه خورشیدی در دسترس قرار می دهد. «کار وزارت کشور برای توسعه مسئولانه و سریع پروژه های انرژی های تجدیدپذیر برای دستیابی به هدف دولت بایدن- هریس برای آلودگی کربنی بسیار مهم است. لورا دانیل دیویس، معاون موقت وزیر، گفت: بخش برق رایگان تا سال 2035 – و این نقشه راه خورشیدی به روز شده به ما کمک می کند در ایالت های بیشتری و در سرزمین های بیشتری در غرب اقدام کنیم. وزارت کشور از طریق سرمایه‌گذاری‌های تاریخی، به ایجاد زیرساخت‌های آب و هوایی مدرن و انعطاف‌پذیر کمک می‌کند که از جوامع ما در برابر تأثیرات بدتر تغییرات آب و هوایی محافظت می‌کند.

 

 

بلافاصله، کسانی که به Faux News گوش می‌دادند وارد میدان شدند و شروع به زاری کردند که چگونه طرح بایدن بخش‌های عظیمی از زمین را بی‌ارزش می‌کند. (اگر این اعلامیه حفاری چاه‌های نفت و گاز در آن 22 میلیون جریب باشد، همین افراد خوشحال می‌شوند.) حتی روزنامه گاردین که معمولاً قابل اعتماد است، با این تیتر به هیستری پرداخت: «ایالات متحده به 22 میلیون هکتار برای توسعه انرژی خورشیدی نیاز دارد. ”

 

در واقع، ایالات متحده به پنل های خورشیدی در حدود 700,000 جریب زمین نیاز دارد تا به هدف دولت مبنی بر انتقال کشور به انرژی 100% تجدیدپذیر تا سال 2035 دست یابد. در حال حاضر حدود 34,000 هکتار از زمین های عمومی به انرژی خورشیدی اختصاص داده شده است. همچنین، توجه داشته باشید که در طرح انرژی پاک بایدن تمام آن انرژی تجدیدپذیر از مزارع خورشیدی پر نمی‌شود. انتظار می رود منابع بادی نیز سهم عمده ای در این هدف داشته باشند.

 

700,000 هکتار به 1100 مایل مربع تبدیل می شود. این مقدار زیادی به نظر می رسد، اما در مجموع، ایالات متحده 3،532،316 مایل مربع را پوشش میدهد، که به این معنی است که تنها 0.031115 درصد آن مورد نیاز است تا هر فرد و کسب و کار در آمریکا برق را از منبعی دریافت کند که تهدیدی برای ایجاد شرایط اضطراری آب و هوایی نباشد. وقتی به زمین بزرگ کشور نگاه می کنید اعداد چندان ترسناک به نظر نمی رسند.

 

نگرانی های NIMBY نقش مهمی در تعیین اینکه کدام یک از آن 22 میلیون هکتار زمین عمومی به پروژه های انرژی خورشیدی اختصاص داده می شود، ایفا می کند. رهنمودهای گنجانده شده در طرح دولت، اولویت را برای تأسیساتی که در فاصله 10 مایلی یک سایت اتصال به شبکه موجود، هستند، قرار می دهد. هزینه ساخت خط انتقال از یک مزرعه خورشیدی در فاصله 100 مایلی از نزدیکترین محل اتصال شبکه ممکن است بیشتر از هزینه خود مزرعه خورشیدی باشد.

 

 

بدخواهان برای از دست دادن زمین های کشاورزی عزاداری می کنند و متوجه نیستند که درآمد حاصل از تاسیسات خورشیدی و بادی به کشاورزان در ایالات متحده کمک می کند تا از ورشکستگی جلوگیری کنند زیرا قیمت تجهیزات کشاورزی، بذر و کود سر به فلک کشیده است.  ممکن است قیمت مواد غذایی افزایش یابد، اما کشاورزی هنوز یکی از سخت ترین راه ها برای امرار معاش است. این قیمت‌های بالا در قفسه‌های فروشگاه‌های مواد غذایی همیشه به پول بیشتر در جیب کشاورزان تبدیل نمی‌شود.

 

پروژه Edwards & Sanborn Solar & Storage Online نمونه ای از این تاسیسات خورشیدی جدید در زمین های عمومی است. اکنون در پایگاه نیروی هوایی ادواردز و بخش هایی از شهرستان کرن کالیفرنیا در حال بهره برداری کامل است.  این پروژه در سال 2021 آغاز شده و به صورت مرحله ای فعال شده است، اکنون در حال بهره برداری کامل است. این پروژه بیش از 4600 هکتار را پوشش می دهد و شامل بیش از 1.9 میلیون پنل خورشیدی ساخته شده توسط First Solar است.  در مجموع، این پروژه می تواند 875 مگاوات انرژی خورشیدی تولید کند و دارای 3287 مگاوات ساعت ذخیره انرژی با ظرفیت کل اتصال 1300 مگاوات است.

 

این پروژه برق شهر سن خوزه، ادیسون کالیفرنیای جنوبی، گاز اند الکتریک اقیانوس آرام، اتحاد برق پاک و استارباکس را تامین می کند. بخشی از این پروژه در پایگاه نیروی هوایی ادواردز واقع شده است و بزرگترین همکاری عمومی و خصوصی در تاریخ وزارت دفاع ایالات متحده بود. این پروژه از باتری هایLG Chem، Samsung و BYD استفاده می کند.

 

در مجموع، بیش از 1000 کارگر ماهر به این پروژه کمک کردند و به نتایج ایمنی برجسته ای دست یافتند که شامل بیش از یک میلیون ساعت بدون آسیب و جایزه ایمنی توسط انجمن پیمانکاران عمومی کالیفرنیا بود. مارک دوناهو، معاون ارشد مورتنسون، گفت: «مورتنسون مفتخر است که به Terra-Gen در ارائه پروژه ادواردز و سنبورن و ارائه انرژی پاک و انعطاف‌پذیر به منطقه کمک می‌کند. من به تاسیسات در سطح جهانی که تیم ما برای Terra-Gen طراحی، ساخت و راه اندازی کرده افتخار می کنم.

شاید بالاترین افتخار برای پارک انرژی و انرژی خورشیدی ادواردز و سنبورن که به تازگی تکمیل شده است را سرتیپ ویلیام کیل، فرمانده مرکز مهندسی عمران نیروی هوایی در پایگاه نیروی هوایی ادواردز کسب کند. «در آمریکا می‌توانیم در زمین‌های بایر، نیروی خورشید را در آغوش بگیریم و یک شگفتی مهندسی خلق کنیم.  بنابراین، وقت بگذارید و فکر کنید، کارهای بزرگی را که انجام شده است ببینید، و اهمیت این پروژه و آنچه می تواند منجر به آن شود را درک کنید.  امیدوارم این فقط جرقه باشد.»

غذای آماده

 وضعیت اضطراری آب و هوا از اهمیت کمتری برخوردار نیست. انتشار جهانی گازهای گلخانه ای همچنان در حال افزایش است زیرا کشورهای جهان آلودگی های بیشتری را به جو می ریزند. هدف بایدن برای 100 درصد برق پاک تا سال 2035 جسورانه است.

 

ما به عنوان یک جامعه، دیگر نمی توانیم از منابع انرژی خود به شکلی بی رویه استفاده کنیم. برای نسل های آینده چیزهای زیادی در خطر است. انرژی‌های تجدیدپذیر در زمین‌های عمومی می‌تواند برد-برد باشد. جاستین میوس، یکی از مبارزان انجمن Wilderness به گاردین گفت: این امری ضروری است و ممکن است.

 

آیا در مورد مکان و نحوه ساخت پروژه های جدید خورشیدی در زمین های عمومی بحث و اختلاف نظر وجود خواهد داشت؟ البته که وجود خواهد داشت. نیازهای جامعه بزرگتر و همچنین حفاظت از گیاهان و جانوران بومی باید در نظر گرفته شود. اما همانطور که پرزیدنت کندی در ابتدای پروژه آپولو به ما توصیه کرد، “ما این کارها را انتخاب می کنیم نه به این دلیل که آسان هستند، بلکه به این دلیل که سخت هستند.”

 

کربن زدایی از اقتصاد کشورهای جهان سخت ترین کاری است که بشر تاکنون انجام داده است و البته ضروری ترین.

منبع: CleanTechnica

نویسنده: Steve Hanley

زنجیره تولید پنل خورشیدی:

از فراوری سیلیس تا تولید ماژول فتوولتائیک

 

معرفی

زنجیره تولید پنل خورشیدی عبارت است از مراحل مختلفی که در فرآیند تولید پنل‌های خورشیدی از ابتدا تا انتها به کار گرفته میشوند. در این مقاله به اختصار به این مراحل که شامل فرآوری سیلیس، تولید سلول‌های خورشیدی، تولید ماژول‌های خورشیدی، تست و کنترل کیفیت های پس از تولید سل و ماژول و در نهایت بسته‌بندی و حمل و نقل پنل خورشیدی اشاره میکنیم.

photo 2024 01 27 21 58 12 - زنجیره تولید پنل خورشیدی:  از فراوری سیلیس تا تولید ماژول فتوولتائیک

زنجیره تولید پنل خورشیدی – آرا نیرو

  1. فرآوری سیلیس:

   ابتدای زنجیره تولید پنل خورشیدی، با فرآوری سیلیس آغاز می‌شود. سیلیس یکی از مواد اصلی برای تولید سلول‌های خورشیدی سلیکونی است. در این مرحله، سیلیس استخراج شده از منابع معدنی تصفیه و پالایش می‌شود. این فرایند جهت تصفیه و آماده‌سازی سیلیس (سلیسیوم) از چند مرحله مهم تشکیل شده است:

استخراج سیلیس

   ابتدا، سیلیس از منابع معدنی مختلف استخراج می‌شود. معادن سنگ‌های کوارتز اغلب به عنوان منابع اصلی برای سیلیس استفاده می‌شوند.

خردایش و سایش

   سیلیس استخراج شده به اندازه مناسب خرد می‌شود و سپس در دستگاه‌های سایش، طی فرآیند آسیاب‌کاری تحت فشار قرار می‌گیرد تا به اندازه دقیقتر و به شکل مشخصی تبدیل شود.

پالایش سیلیس

   سپس، سیلیس خرد شده به فرآیند پالایش می‌رود. در این مرحله، از روش‌های مختلفی نظیر شستشو با آب یا اسیدهای قوی برای حذف آلودگی‌ها و ناخالصی‌ها استفاده می‌شود.

تصفیه سیلیس

   در این مرحله، سیلیس تصفیه می‌شود تا ناخالصی‌ها و مواد غیرمطلوب حذف شوند. این ممکن است شامل فرآیندهای فیلتراسیون، تقطیر یا فرآیندهای شیمیایی باشد.

تولید اسلایس (سلیسیوم)

   سیلیس پاک‌شده به اسلایس (سلیسیوم) تبدیل می‌شود. در این مرحله، سیلیس از آلاینده‌های معدنی و مواد غیرضروری دیگر پاک‌سازی می‌شود تا به خلوص مطلوب برای تولید سلول‌های خورشیدی برسد.

آماده‌سازی برای استفاده

   اسلایس حاصل از مراحل قبلی در این مرحله آماده‌سازی می‌شود. این شامل پردازش‌هایی نظیر خشکاندن ، ذوب، و یا دیگر فرآیندهایی است که سلیس به شکل مناسبی جهت استفاده در تولید سلول‌های خورشیدی آماده می‌شود.

  1. تولید سلول‌های خورشیدی:

   پس از فرآوری سیلیس، سلیس تبدیل به اسلایس (سلیسیوم) می‌شود که به سلول‌های خورشیدی تبدیل می‌شود. سلول‌های خورشیدی عملکرد اصلی تبدیل نور خورشید به انرژی الکتریکی را دارند. فرآیند تولید سلول‌های خورشیدی از چند مرحله اصلی تشکیل شده است. در ادامه به این مراحل با جزئیات بیشتر اشاره می‌شود:

تهیه و پالایش اسلایس

   ابتدا، اسلایس (سلیسیوم) که از مراحل فرآوری سیلیس به دست آمده است، تمیز شده و پالایش می‌شود تا از هر گونه ناخالصی و آلاینده حذف شود.

تولید اکسید سیلیسیم (SiO2)

   اسلایس پالایش شده به صورت پودر درآمده و با حرارت بالا تحت فشار به مخلوطی از گازهای هیدروژن و سیلان (SiH4) تبدیل می‌شود. این فرآیند منجر به تولید اکسید سیلیسیم (SiO2) می‌شود.

تهیه پلی سیلیکون (Poly-Silicon)

   اکسید سیلیسیم حاصل از مرحله قبل به واکنش با فرایند کاربوراسیون (Carburization) تحت دماهای بالا قرار می‌گیرد و پلی سیلیکون تولید می‌شود. پلی سیلیکون ماده اصلی سلول‌های خورشیدی است.

تولید اسلاب پلی سیلیکون

   پلی سیلیکون به شکل اسلاب درآمده و به سپتون‌هایی به ضخامت خاص برش داده می‌شود. این اسلاب‌ها به عنوان مواد اولیه برای ساخت سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شوند.

تولید و پالایش ورقه سیلیکونی

   اسلاب‌های پلی سیلیکون به ورقه‌هایی با ضخامت معین برش داده و سپس این ورقه‌ها تحت فرآیندهای پالایشی قرار می‌گیرند تا به خلوص و کیفیت مطلوب برسند.

پوشش دهی با لایه های ناقل (N-Type و P-Type)

   سپس به ورقه‌های سیلیکونی لایه‌های ناقل مثبت (P-Type) و لایه‌های ناقل منفی (N-Type) اعمال می‌شود. این لایه‌ها با استفاده از فرآیندهای تفکیکی تحت دماهای خاص و از طریق تزریق موادی مثل فسفر و کلر به سطح سلول افزوده می‌شوند.

تولید الکترودها و اتصالات

   در این مرحله، الکترودها و اتصالات لازم جهت جمع‌آوری جریان الکتریکی تولید شده در لایه‌های ناقل به سلول افزوده می‌شوند.

تست و کنترل کیفیت

   سلول‌های خورشیدی تولید شده در مراحل قبل تحت تست‌های دقیق و کنترل کیفیت قرار می‌گیرند تا اطمینان حاصل شود که عملکرد آنها در شرایط مختلف به درستی انجام می‌شود. کمی پایین تر از جزئیات تست ها و استاندارد های سل های خورشیدی بیشتر خواهم گفت.

  1. تولید ماژول‌های خورشیدی:

   سلول‌های خورشیدی به ماژول‌های خورشیدی تبدیل می‌شوند. این ماژول‌ها علاوه بر سلول‌های خورشیدی، دارای لایه‌های محافظ و سیستم‌های مدیریت حرارت هستند. این لایه‌ها نقش مهمی در محافظت و بهینه کردن عملکرد ماژول دارند. پس از تولید سلول‌های خورشیدی، مراحل تولید ماژول فتوولتائیک (پنل خورشیدی) شامل چند مرحله اصلی است. در ادامه به جزئیات این مراحل اشاره می‌شود:

تهیه ماژول‌های سلولی

   ابتدا، سلول‌های خورشیدی که در مراحل قبلی تولید شده‌اند، به شکل‌های مختلف ماژول‌های سلولی گروه‌بندی می‌شوند. این مراحل شامل قرار دادن سلول‌ها در قالب‌ها و اتصالات مورد نیاز است.

پیوندگذاری (Interconnection)

   سلول‌های خورشیدی درون ماژول به وسیله سیم‌های فلزی به یکدیگر متصل می‌شوند. این پیوندگذاری باعث ایجاد یک مدار الکتریکی مناسب برای جمع‌آوری جریان تولیدی توسط سلول‌ها می‌شود که آن را باسبار هم میگویند.

لایه‌گذاری محافظ

   یک لایه محافظ معمولاً از شیشه یا مواد پلاستیکی نشری بر روی سلول‌های خورشیدی قرار می‌گیرد. این لایه محافظ سلول‌ها را در برابر شرایط جوی، گرد و غبار، و نفوذ آب محافظت می‌کند.

photo 2024 01 27 21 58 47 - زنجیره تولید پنل خورشیدی:  از فراوری سیلیس تا تولید ماژول فتوولتائیک

Source: https://swarajyamag.com

تهیه فریم (Frame) و مونتاژ

   یک فریم (قاب) از مواد مقاوم به هوا و محیط زیست، معمولاً آلومینیوم یا فلزهای دیگر، ساخته می‌شود و ماژول‌های سلولی درون آن مونتاژ می‌شوند و در نهایت پس از نصب جانکشن باکس و فریم و گلس روی سطح سل های باسبار شده، ماژول وکیوم شده به مرحله تست میرود.

قبل از اینکه در مورد تست ها و استانداردهای سل و ماژول خورشیدی صحبت کنم، اجازه بدید خیلی خلاصه از انواع ماژول های کریستاله شرحی ارائه دهم. ماژول های کریستاله به انواع مونو، پلی، و لایه نازک تقسیم بندی می شوند.

ماژول های مونو کریستال که از یک کریستال سیلیکون واحد ساخته می شوند. این ماژول ها دارای راندمان بالا و عمر طولانی هستند.  با این حال، آنها گران تر از سایر انواع ماژول های کریستاله هستند.

ماژول های پلی کریستال از چندین کریستال سیلیکون کوچکتر ساخته می شوند. این ماژول ها ارزان تر از ماژول های تک کریستالی هستند، اما راندمان کمتری دارند.

ماژول های کریستاله فیلم نازک از یک فیلم نازک از ماده نیمه هادی مانند سیلیکون، کادمیوم تلوراید یا دی سلنید ایندیوم مس ساخته می شوند. این ماژول ها سبک تر و ارزان تر از ماژول های کریستالی هستند، اما راندمان کمتری نیز دارند.

و اما در مورد پنل های مونوکریستال که امروزه سهم بیشتری از بازار را در نیروگاه های خورشیدی متصل به شبکه به خود اختصاص داده میتوان بیشتر صحبت کرد. تکنولوژی های مختلفی در ساخت پنل های مونو کریستال خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند. این تکنولوژی ها باعث افزایش راندمان، کاهش هزینه و بهبود عملکرد ماژول های مونو کریستال فتوولتاییک می شوند.

photo 2024 01 27 21 58 28 - زنجیره تولید پنل خورشیدی:  از فراوری سیلیس تا تولید ماژول فتوولتائیک

Source: https://www.linkedin.com/Engineerincvia

برخی از مهم ترین تکنولوژی های به کار رفته در ماژول های مونو کریستال عبارتند از:

  • تکنولوژی PERC (Passivated Emitter Rear Cell)

تکنولوژی PERC یک تکنولوژی پیشرفته است که باعث افزایش راندمان سلول های خورشیدی می شود. در این تکنولوژی، یک لایه اکسید روی (ZnO) در پشت سلول خورشیدی قرار می گیرد. این لایه باعث جذب نور بیشتری و کاهش تلفات انرژی می شود. راندمان سلول های خورشیدی PERC معمولاً بین 18 تا 22 درصد است. این تکنولوژی همچنین باعث بهبود مقاومت سلول های خورشیدی در برابر شرایط آب و هوایی می شود.

  • تکنولوژی Half-cell

تکنولوژی Half-cell یک ایده مثبت جهت افزایش راندمان سلول های خورشیدی بود. در این تکنولوژی، هر سلول خورشیدی به دو سلول کوچکتر تقسیم می شود. این کار باعث کاهش تلفات مقاومت در سلول های خورشیدی می شود. راندمان سلول های خورشیدی Half-cell معمولاً بین 1 تا 2 درصد بیشتر از سلول های خورشیدی معمولی است. این تکنولوژی همچنین باعث کاهش هزینه تولید سلول های خورشیدی می شود.

 

  • تکنولوژی Bifacial

تکنولوژی Bifacial تکنولوژی پنل های دو رو است که باعث افزایش تولید انرژی سلول های خورشیدی می شود. در این تکنولوژی، پشت سلول خورشیدی نیز قادر به جذب نور خورشید می باشد. راندمان سلول های خورشیدی Bifacial معمولاً بین 10 تا 20 درصد بیشتر از سلولهای خورشیدی معمولی است که البته وابسته به میزان بازتاب نور از سطح زمین دارد. تکنولوژی Bifacial همچنین باعث بهبود عملکرد سلول های خورشیدی در شرایط کم نور می شود. با این رویکرد استفاده از پنل های بایفشیال یا دورو در نیروگاه های خورشیدی بزرگ مقیاس می تواند نظر به اصلاح زمین نیروگاه و افزایش بازتاب نوری از کف، درآمد قابل توجهی را با سرمایه کم تر برای مالک نیروگاه ایجاد نماید، کمااینکه تاثیر این تکنولوژی بر افزایش نرخ تولید و درآمد در نیروگاه خورشیدی پشت بامی با وجود ایزوگام تثبیت شده است . 

 

  • تکنولوژی HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer)

تکنولوژی HIT یک تکنولوژی پیشرفته است که باعث افزایش راندمان سلول های خورشیدی می شود. در این تکنولوژی، از یک لایه نازک از ماده نیمه هادی آلی (ITO) برای بهبود عملکرد سلول خورشیدی استفاده می شود. راندمان پنل های خورشیدی با تکنولوژی HIT معمولاً بین 22 تا 24 درصد است و مقاومت سلول های خورشیدی در برابر شرایط آب و هوایی با وجود این تکنولوژی بهبودیافته تر است.

 

  • تکنولوژی TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact)

در این تکنولوژی، یک لایه اکسید روی (ZnO) با ضخامت کم در پشت سلول خورشیدی قرار می گیرد. این لایه باعث جذب نور بیشتری و کاهش تلفات انرژی می شود و البته راندمان سلول های خورشیدی با وجود TOPCon معمولاً بین 22 تا 24 درصد است.

انتخاب تکنولوژی مناسب

انتخاب تکنولوژی مناسب برای ساخت ماژول های مونو کریستال به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله:

  • میزان راندمان مورد نیاز
  • هزینه تولید
  • شرایط آب و هوایی محل نصب

اگر به دنبال ماژول هایی با راندمان بالا هستید، تکنولوژی PERC، Half-cell، HIT یا TOPCon گزینه های خوبی هستند. اگر به دنبال ماژول هایی با هزینه تولید پایین هستید، تکنولوژی Half-cell گزینه خوبی است. اگر به دنبال ماژول هایی هستید که در شرایط کم نور عملکرد خوبی دارند، تکنولوژی Bifacial گزینه خوبی است.

  1. تست و کنترل کیفیت

   پس از مونتاژ، ماژول‌های خورشیدی تحت تست‌های دقیق و کنترل کیفیت قرار می‌گیرند. این تست‌ها شامل بررسی عملکرد الکتریکی، تحت شرایط نوری و حرارتی مختلف است.

در ادامه به برخی از تست‌ها و استانداردهای مهم برای سل ها و ماژول های خورشیدی اشاره می‌شود:

تست‌ها برای سلول‌های خورشیدی:

  1. تست I-V (تست جریان-ولتاژ):

هدف آن اندازه‌گیری خطوط جریان-ولتاژ سلول‌های خورشیدی است تا عملکرد این سلول‌ها در شرایط نوری مختلف مشخص گردد. سلول خورشیدی تحت نور مصنوعی قرار گرفته و جریان و ولتاژ آن در شرایط مختلف نوری ثبت می‌شود.

 

  1. تست زمانی (Temporal Stability Test):

هدف این تست ارزیابی پایداری عملکرد سلول در طول زمان است. سلول به مدت زمان مشخصی تحت شرایط نوری و حرارتی نگهداری می‌شود و تغییرات عملکرد آن طی زمان بررسی می‌شود.

 

  1. تست حرارتی (Thermal Cycling Test)

در این تست به بررسی تحمل سلول در برابر تغییرات دما می پردازیم.

سلول از چرخه‌های مشخصی از تغییرات دما عبور می‌کند، و سپس عملکرد و کیفیت آن ارزیابی می‌شود.

 

استانداردها برای سلول‌های خورشیدی:

  1. استاندارد IEC 61215:

موضوع: مشخصات عملکردی برای ماژول‌های فتوولتائیک.

اهمیت: این استاندارد به ویژه برای ارزیابی کیفیت و عملکرد ماژول‌های خورشیدی در شرایط مختلف نوری و حرارتی طراحی شده است.

 

  1. استاندارد IEC 61646:

موضوع: مشخصات ماژول‌های فتوولتائیک سلفون.

اهمیت: این استاندارد برای سلفون‌ها، که نوع خاصی از ماژول‌های فتوولتائیک هستند، ارائه شده است.

 

photo 2024 01 27 21 58 52 - زنجیره تولید پنل خورشیدی:  از فراوری سیلیس تا تولید ماژول فتوولتائیک

Source: https://www.solarreviews.com

تست‌ها برای ماژول‌های خورشیدی:

  1. تست (PID) Potential-Induced Degradation

هدف این تست بررسی توانایی ماژول در مقاومت در برابر فرآیند آلودگی ناشی از تغییرات ولتاژ است. ماژول تحت شرایط مشخصی از تغییرات ولتاژ و دما قرار گرفته و عملکرد آن بررسی می‌شود.

 

  1. تست فرآیند نما (Damp Heat Test)

جهت ارزیابی عملکرد ماژول تحت تأثیر رطوبت و گرما از این تست استفاده میشود. ماژول به شرایط حرارت و رطوبت بالا قرار گرفته و عملکرد آن در طول زمان بررسی می‌شود.

 

  1. تست (UV) Ultraviolet Light Test

هدف این تست بررسی تأثیر تابش ماوراء بنفش نور بر مواد سازنده ماژول خورشیدی است. ماژول به تابش نور UV تحت شرایط خاصی قرار گرفته و تغییرات جزئیات ساختاری آن بررسی می‌شود.

 

  1. تست عدم ایزولاسیون (Insulation Test)

بررسی عدم ایزولاسیون بخش‌های مختلف ماژول به یکدیگر طی این آزمایش مورد ارزیابی قرار می گیرد. این تست با اعمال ولتاژ بر روی ماژول انجام می‌شود و عملکرد عدم ایزولاسیون بررسی می‌شود.

 

استانداردها برای ماژول‌های خورشیدی:

 

  1. استاندارد IEC 61215:

موضوع: مشخصات عملکردی برای ماژول‌های فتوولتائیک.

اهمیت: این استاندارد به ویژه برای ارزیابی کیفیت و عملکرد ماژول‌های خورشیدی در شرایط مختلف نوری و حرارتی طراحی شده است.

 

  1. استاندارد IEC 61730:

موضوع: الزامات ایمنی برای ماژول‌های فتوولتائیک.

اهمیت: این استاندارد به ایمنی الکتریکی ماژول‌های خورشیدی توجه دارد و نیازمندی‌ها برای اطمینان از عدم وقوع حوادث الکتریکی را مشخص می‌کند.

 

  1. استاندارد IEC 62716:

موضوع: تست نمایشگرهای تقویت‌شده تحت تأثیر اشعه مستقیم خورشید.

اهمیت: این استاندارد به ارزیابی نمایشگرهای تقویت‌شده در شرایط نوری خورشید مستقیم می‌پردازد.

 

تست‌ها و استانداردها اهمیت زیادی در صنعت خورشیدی دارند و اطمینان از تطابق تجهیزات با این استانداردها بهبود کیفیت و عملکرد سلول‌ها و ماژول‌ها را فراهم می‌کند.

با اجتماع این مراحل، ماژول فتوولتائیک (پنل خورشیدی) آماده به تولید انرژی خورشیدی می‌شود و می‌تواند به تأمین انرژی الکتریکی در سیستم‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

  1. بسته‌بندی و حمل و نقل:

   پس از گذر از تمام مراحل تولید و تست، پنل‌های خورشیدی بسته‌بندی می‌شوند و برای حمل و نقل به مقصد نهایی ارسال می‌شوند.

 

نتیجه:

داشتن یک زنجیره تولید کامل برای پنل‌های خورشیدی میتواند ما را در تحقق اهداف وتوسعه نیروگاه های خورشیدی یاری رساند در حالیکه با وجود در اختیار داشتن صفرتا صد خط تولید پنل های خورشیدی میتوانیم به برد استراتژیک در راستای پدافند غیرعامل دست یابیم. در پایان به تعدادی از این مزیت های حیاتی وجود خط کامل تولید پنل خورشیدی اشاره میکنم:

  1. کنترل کیفیت بیشتر:

   امکان کنترل کامل بر تمام مراحل تولید، از فرآوری سیلیس تا تولید ماژول، به بهبود کیفیت و دقت در هر مرحله از زنجیره تولید کمک می‌کند. این امر باعث افزایش کیفیت نهایی پنل‌های خورشیدی و افزایش عملکرد آنها می‌شود.

 

  1. کاهش هزینه‌ها:

   داشتن زنجیره تولید کامل از مراحل مختلف، از جمله فرآوری سیلیس، تولید سلول‌های خورشیدی و تجمیع، می‌تواند به کاهش هزینه‌ها کمک کند. کاهش وابستگی به تامین‌کنندگان خارجی و افزایش کارایی در تمام فرآیند تولید می‌تواند به بهینه‌سازی هزینه‌ها منجر شود.

 

  1. تضمین تأمین مواد اولیه:

   داشتن زنجیره تولید کامل به شرکت تضمین می‌دهد که مواد اولیه مورد نیاز برای تولید پنل‌های خورشیدی، مانند سیلیس، به صورت پایدار و در مقدار کافی در دسترس باشند.

 

  1. تعامل یکپارچه بین مراحل:

   هماهنگی بیشتر و تعامل یکپارچه بین مراحل مختلف زنجیره تولید، از جمله فرآوری سیلیس، تولید سلول‌های خورشیدی، و تجمیع، می‌تواند به بهبود کارایی و کاهش زمان تولید منجر شود.

 

  1. استقلال از تحریم‌ها و مشکلات تامین:

   اگر دارای زنجیره تولید کامل باشیم، از تحریم‌ها و مشکلات ممکن در تأمین مواد اولیه تحت تأثیر کمتری قرار می‌گیریم. این امر می‌تواند برای استقلال از عوامل خارجی و حفظ پایداری تولید مفید باشد.

 

  1. فلزات گرانبها و استراتژیک:

   اگر زنجیره تولید شامل استخراج فلزات گرانبها (مانند سیلیس) باشد، کشور می‌تواند از استراتژی‌های متنوعی برای بهره‌وری از این فلزات استراتژیک بهره‌مند شود.

داشتن زنجیره تولید کامل برای پنل‌های خورشیدی به یک شرکت این امکان را می‌دهد که به طور کلی به عنوان یک واحد یکپارچه عمل کند و مزایای مختلفی را در زمینه کیفیت، هزینه، و کنترل تأمین به دست آورد. شرکت ره آورد آرا نیرو آمادگی خود جهت مشاوره، تجهیز و تامین زنجیره کامل تولید پنل های خورشیدی برای شرکت های سرمایه گذار را اعلام میدارد.

نویسنده: مهدی پارساوند

 

 

جزایر غول پیکر انرژی هیدروژنی سبز برای میزبانی 100 گیگاوات باد فراساحلی

 

به گزارش آرا نیرو انتظار می رود صنعت بادی فراساحلی یا نیروگاه بادی با احداث توربین ها در آب‌های اقیانوسی در طی 25 سال آینده و تا سال 2050 به 500 گیگاوات برسد. در مورد اینکه این همه گیگاوات به کجا خواهند رفت، این یک سوال باز است. تاسیسات و خطوط انتقال جدید خشکی باید تمام آن نیرو را جذب کنند و آن را در جایی به کسی بسپارند، و این به معنای یک نبرد کاملا جدید بر سر استفاده از زمین است. یا نه، بر حسب مورد یک سرمایه گذاری جدید با یک پیشنهاد بلندپروازانه برای باز کردن مسیر رو به جلو با شبکه ای از 10 کارخانه هیدروژن سبز فراساحلی پدیدار شده است.

 

نامه عاشقانه هیدروژن سبز از CIP به صنعت جهانی باد فراساحلی

سرمایه گذاری مورد بحث، یک تجارت جدید به نام جزایر انرژی کپنهاگ است. سرمایه‌گذار اصلی Copenhagen Infrastructure Partners است. آنها سابقه حضور در جایی را دارند که هیچ توسعه‌دهنده انرژی‌های تجدیدپذیر قبلاً آنجا نرفته است، یکی از نمونه‌های اخیر اولین مزرعه بادی فراساحلی استونی است که در دریای بالتیک واقع شده است.

و اما CIP پیش بینی می کند که پروژه استونیایی 1 تا 1.5 گیگاوات وزن داشته باشد. این برای اولین مزرعه بادی فراساحلی بسیار چشمگیر است، به ویژه با توجه به اینکه بسیاری از پروژه های بادی فراساحلی هنوز خود را بر حسب مگاوات اندازه گیری می کنند. با این حال، این هنوز یک سیب زمینی کوچک در مقایسه با موجودی یک فروشگاه است.

سرمایه‌گذاری جدید جزایر انرژی کپنهاگ، CIP را با سرمایه‌گذارانی از اروپا و آمریکای شمالی با هدف ساخت 10 قطب انرژی تجدیدپذیر فراساحلی، هر یک با ظرفیت حدود 10 گیگاوات برای مجموع 100 گیگاوات، پیوند می‌دهد.

 

این مکان‌ها هنوز مشخص نشده‌اند، اما شرکا در حال حاضر به مکان‌هایی در دریای شمال و دریای بالتیک که به سرعت در حال توسعه برای انرژی بادی هستند، چشم دوخته‌اند. سایت های جنوب شرق آسیا نیز در این بازی هستند.

چرا یک جزیره؟

همانطور که جزایر انرژی کپنهاگ توضیح می دهد، نیروی محرکه این سرمایه گذاری توسعه و رفتن به سمت مقیاس بزرگتر است.

آنها انتظار دارند که مزارع بادی چند گیگاواتی فراساحلی در ده سال آینده اجرایی باشند و صنعت بادی به سیستم های کارآمدتری برای انتقال این انرژی از اقیانوس به ساحل نیاز خواهد داشت.

 

همچنين CEI توضیح می دهد: “اقتصادهای بزرگ برنامه هایی برای استقرار بیش از 500 گیگاوات ظرفیت تولید انرژی بادی دریایی تا سال 2050 دارند.” دستیابی به این هدف مستلزم استقرار بیش از 10 برابری توربین های باد فراساحلی نصب شده در 35 سال گذشته است.

 

صنعت بادی فراساحلی مطمئناً نشان داده است که می‌تواند افزایش یابد، اما کاری که نمی‌تواند انجام دهد این است که گلوگاه انتقال برق را برطرف کند. اینجاست که مفهوم جزایر انرژی مطرح می شود.

 

به گزارش آرا نیرو CEI توضیح می دهد: «امروزه، دغدغه کمتری در مورد ساخت مزرعه بادی فراساحلی وجود دارد، بیشترین دغدغه چگونگی ادغام و اتصال انرژی بادی دریایی تولید شده در مقیاس بزرگ به سیستم‌های برق جهانی است.»

و، اینجاست که هیدروژن سبز وارد می شود. هیدروژن سبز که به عنوان انرژی به گاز (Power-to-gas ) نیز شناخته می‌شود، گاز فسیلی را از زنجیره تأمين هیدروژن خارج می کند. هیدروژن سبز از آب توسط الکترولیز تولید می شود. ایده این است که از نیروی باد (یا هر منبع تجدید پذیر دیگری مثل نیروگاه خورشیدی) برای راه اندازی تجهیزات الکترولیز استفاده شود، در نتیجه گازی پرکاربرد و بدون آلودگی فسیلی برای سوخت، سیستم های غذایی، داروسازی، متالورژی، پالایش و سایر فرآیندهای صنعتی در اقتصاد جهانی فراهم می شود.

برق به گاز یک حوزه نسبتا جدید است اما به سرعت در حال رشد است. در سال 2020، اتصال بادی فراساحلی شروع به شکل‌گیری کرد و سهامداران انرژی نیز شروع به کشف ایده مکان‌یابی تأسیسات هیدروژن سبز در مزارع بادی فراساحلی کردند.

در مورد چرایی، از یک نظر نسبتاً ساده است. مزارع بادی معمولاً در شب زمانی که تقاضا کم است بیش از حد تولید می‌کنند و اپراتورهای شبکه را زحمت می‌دهد. اگر یک کاربر صنعتی، شب‌ها برای به کار گرفتن آن کیلووات‌های تمیز کار کند، مشکل کاهش تقاضا را حل می‌کند و هیدروژن سبز برای این کار مناسب است. تولیدکننده هیدروژن سبز نیز از نرخ پایین برق در خارج از پیک بهره می برد.

بیشتر از جزایر انرژی، هیدروژن سبز می تواند به عنوان یک حامل انرژی عمل کند که انرژی باد فراساحلی را با طیف وسیع تری از فرصت ها برای ارتباط با بازارهای انرژی محلی و جهانی فراهم می‌کند. برخلاف برق شبکه که برای انتقال نیاز به کابل دارد، هیدروژن را می توان از مزارع بادی دور از ساحل با خط لوله یا کشتی به ساحل منتقل کرد.

هیدروژن سبز همچنین می‌تواند به عنوان یک ذخیره‌ساز برای تولید برق از منابع تجدیدپذیر در صورت نیاز، در توربین گاز یا پیل سوختی، در صورت لزوم عمل کند.

نه، واقعاً چرا یک جزیره؟

البته، تأسیسات هیدروژن سبز را می توان در خشکی قرار داد، اما CEI دلیل خوبی برای ساخت آنها در فراساحل است. یافتن مکان‌های مناسب در خشکی به طور فزاینده‌ای دشوار می‌شود و پس از آن دوباره آن مسئله آزاردهنده انتقال انرژی وجود دارد.

همانطور که این شرکت آنها را توصیف می کند، مزایای پارک کردن تاسیسات هیدروژن سبز در مزارع بادی فراساحلی سبب “کاهش قابل توجه هزینه های انتقال نیرو” می‌شود، تولید هیدروژن سبز دریایی در مقیاس بزرگ و هم افزایی مرتبط بین تولید نیرو و هیدروژن است.

 

به گزارش آرا نیرو CEI تخمین می زند که استفاده از خط لوله هیدروژن برای انتقال انرژی از مزارع بادی به ساحل 80 درصد کمتر از هزینه کابل جریان مستقیم ولتاژ بالا است. چقدر ارزون!

آنها همچنین پیش‌بینی می‌کنند که استقرار فناوری‌های اثبات‌شده در مقیاس بزرگ به کاهش هزینه‌ها برای جزایر انرژی آنها کمک می‌کند، همراه با تکیه بر زنجیره‌های تأمین محلی که از قبل برای پروژه‌های زیرساختی فراساحلی راه‌اندازی شده‌اند.

 

البته CEI توضیح می‌دهد: «جزایر انرژی، فناوری‌های موجود و اثبات‌شده را به روشی جدید و نوآورانه و در مقیاس بسیار بزرگ‌تر ترکیب می‌کنند، که امکان ساخت مقرون‌به‌صرفه و یکپارچه‌سازی باد فراساحلی را فراهم می‌کند.

 

به هر حال، برق به گاز فقط یک شروع است. آخرین مورد Power-to-X است که به سوخت های الکتریکی، آمونیاک و سایر محصولاتی که می توانند با هیدروژن سبز ساخته شوند اشاره دارد.

در مورد آب چطور؟

در مورد اینکه چگونه یک سیستم الکترولیز می تواند روی آب دریا کار کند، این یک سوال خوب است. الکترولیزهای معمولی غشاهای ظریفی را مستقر می‌کنند که می توانند به سرعت توسط ناخالصی های موجود در آب آلوده شوند.

 

از آنجایی که CEI قصد دارد از فناوری های اثبات شده استفاده کند، محتمل ترین راه حل تجهیز جزایر انرژی به سیستم های نمک زدایی است. اگر گران به نظر میرسد، البته که گران است، اما کار برای کاهش هزینه سیستم‌های پیش تصفیه آب در حال انجام است.

 

راه دیگر بهبود خود الکترولیزها است. این بیشتر یک راه حل بلند مدت است، اما در حال وقوع است.

 

به گزارش آرا نیرو بازار جهانی هیدروژن سبز، هنوز پیچیده است. در اوایل این ماه، یک تیم تحقیقاتی از گروه اقتصاد صنعتی و مدیریت فناوری در دانشگاه علم و صنعت نروژ، مطالعه‌ای را درباره فعالیت هیدروژن سبز و بادهای فراساحلی در دریای شمال طی 35 سال آینده منتشر کرد.

 

تمرکز ویژه آنها بر توسعه هاب های انتقال فراساحلی بود، با تولید هیدروژن سبز در ساحل، نه در فراساحل که استفاده اولیه برای تولید برق در خشکی خواهد بود.

 

 این می تواند به دلیل هزینه نسبتاً بالای هیدروژن سبز در مقایسه با گاز فسیلی، مشکلاتی را ایجاد کند.  با این وجود، محققان پیش بینی می کنند که استقرار انعطاف‌پذیر هیدروژن می تواند به کاهش تأثیر کلی بر هزینه ها کمک کند.

اگر محاسبات کاهش هزینه CEI محقق شود، مفهوم جزایر انرژی برای تولید هیدروژن در دریا نیز می تواند به اثر کاهش دهنده کمک کند.

 

کمک دیگر می تواند از روند چند منظوره مزرعه بادی فراساحلی باشد، که موضوع داغ گفتگو در کنفرانس انرژی اقیانوس 2023 در لاهه بود، با آرایه های خورشیدی شناور و دستگاه های انرژی موجی که به طور بالقوه در بازی هستند.

 

منبع: CleanTech

 

طراحی جدید برای پمپ های حرارتی ترموالکتریک به خروجی بالاتر و ضریب عملکرد بهتر انجامید

 

به گزارش آرا نیرو دانشمندان در بریتانیا ترکیب پمپ های حرارتی ترموالکتریک مسکونی را با مخازن ذخیره گرما پیشنهاد کرده اند و دریافته اند که این راه حل، خروجی حرارت بالاتر، ضریب کارایی بالاتر و زمان گرمایش کوتاه‌تر را ارائه می دهد. آنها تاکید کردند که پمپ های حرارتی ترموالکتریک به راحتی با نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک DC قابل ترکیب هستند.

 

محققان دانشگاه دورهام در بریتانیا طرح جدیدی را برای پمپ‌های حرارتی ترموالکتریک (TeHPs) پیشنهاد کرده‌اند که دارای تمامی مزایایی است که فناوری پمپ حرارتی ارائه می‌دهد، به‌ویژه زمانی که در ساختمان‌های مسکونی، بهره‌برداری می‌شود.

 

 آنها توضیح دادند که TeHP ها می توانند به طور مستقیم توسط پنل های خورشیدی فتوولتائیک تغذیه شوند، در حالی که عملکرد بی صدا و قابلیت اطمینان بالا را به دلیل عدم وجود قطعات متحرک ارائه می‌دهند.  با این حال، آنها همچنین اذعان کردند که ضریب عملکرد آنها در حال حاضر کمتر از پمپ های تراکم حرارتی بخار معمولی است.

 

 نوآوری رویکرد پیشنهادی شامل ادغام TeHP با ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی فصلی (SSES) است که به گفته دانشمندان، عدم تطابق فصلی مربوط به توان حرارتی تولید شده، توسط هر دو سیستم فتوولتائیک و سیستم حرارتی خورشیدی (PVT) را جبران می‌کند.

 

 آنها توضیح دادند: “تا جایی که ما می دانیم، مطالعات کمی چنین راه حلی را در نظر گرفته اند.”  آنها با اشاره به امکان سنجی فنی-اقتصادی این سامانه و کمیت‌سازی، مزایایی که می تواند به همراه داشته باشد، گفتند: هدف گروه ما پر کردن این خلاء است و برای این کار باید دو موضوع مهم حل شود.

 

 به گزارش آرا نیرو در مقاله “مدل سازی و خصوصیات تجربی پمپ حرارتی ترموالکتریک آب به هوا با ذخیره انرژی حرارتی” که در مجله انرژی منتشر شده است، گروه تحقیقاتی بیان کرده که سیستم آزمایشی یک واحد TeHP با برق DC، یک مخزن ذخیره گرما و یک آزمایش را ادغام می کند، همراه با یک سیستم ثبت اطلاعات. واحد TeHP بر اساس یک ماژول ترموالکتریک (TeM)، یک هیت سینک با پره آلومینیومی در سمت گرم TeM و یک صفحه خنک کننده با آب در سمت سرد TeM است.

 

photo 2024 01 22 09 12 43 - طراحی جدید برای پمپ های حرارتی ترموالکتریک به خروجی بالاتر و ضریب عملکرد بهتر انجامید

The experimental setting
Image: Durham University, energies, Creative Commons License CC BY 4.0

 

دانشگاهیان توضیح دادند: “ظرفیت گرمایش کل واحد TeHP را می توان با افزایش تعداد کل TeMها افزایش داد.” برای افزایش انتقال حرارت بین TeM و هیت سینک و همچنین انتقال حرارت بین TeM و صفحه خنک‌شده با آب، یک خمیر با رسانایی حرارتی بالا در دو طرف TeM قرار داده شد تا مقاومت‌های حرارتی تماس را کاهش دهد. ”

 

آنها همچنین یک فن با جریان متقاطع را در سمت هیت سینک قرار دادند تا تبادل حرارت بین جریان هوا و هیت سینک افزایش یابد. آنها با اشاره به اینکه از آب به عنوان سیال انتقال حرارت و ذخیره گرما استفاده می شود، افزودند: مخزن ذخیره حرارت ساخته شده از فولاد ضد زنگ دارای قطر داخلی 25 میلی متر، ارتفاع 250 میلی متر و ضخامت 2 میلی متر است. علاوه بر این، یک حلقه گردش آب پمپ شده، مخزن ذخیره گرما را به صفحه خنک‌شده با آب متصل می‌کند.

 

در یک سری شبیه‌سازی که از طریق ابزار شبیه‌سازی TRNSYS اجرا شد، تیم تحقیقاتی گرمای بالقوه تولید شده از سیستم‌های PVT یا کلکتورهای حرارتی خورشیدی و عملکرد خروجی واحد TeHP را در مقایسه با یک سیستم مرجع بدون ذخیره‌سازی گرما محاسبه کردند. این نشان داد که ادغام TeHP ها با مخازن ذخیره گرما سه مزیت اصلی دارد.

ابتدا، دانشگاهیان متوجه شدند که مخزن ذخیره سازی خروجی حرارت TeHP را در مقایسه با TeHP بدون مخزن 3 درجه سانتیگراد افزایش می دهد.  سپس، آنها دریافتند که COP TeHP با ذخیره گرما 1.97 و TeHP بدون مخزن 1.5 بود. علاوه بر این، شبیه سازی نشان داد که زمان مورد نیاز برای گرم کردن جعبه آزمایش به میزان 18 متر کاهش یافته است، که طبق گزارش ها دستیابی سریع به دمای مورد نظر را تضمین می کند.

 

 دانشمندان گفتند، اگرچه این نتایج امیدوارکننده است، اما امکان‌سنجی فنی-اقتصادی این سیستم هنوز نامشخص است. آنها با اشاره به دوره بازپرداخت فعلی سیستم تاکید کردند: “این به این دلیل است که اگرچه استفاده از ذخیره سازی حرارتی عملکرد خروجی TeHP را افزایش می دهد، اما برای تاسیسات ذخیره سازی گرما در مقایسه با TeHP مستقل هزینه‌های اضافی ایجاد می کند.” فلذا 8.5 سال تخمین زده می‌شود.

 

 با نگاه به آینده، گروه تحقیقاتی قصد دارد پیکربندی سیستم را بر روی یک ساختمان واقعی در بریتانیا آزمایش کند.

 

نویسنده: Emiliano Bellini