نوشته‌ها

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 ایتالیایی سیستم جدیدی برای تولید ارزان و کارآمد هیدروژن سبز ایجاد کردند

موضوع: انرژی سبز – انرژی هیدروژن – نانوذرات

محققان IIT و BeDimensional از نانوذرات روتنیوم، فلز نجیب که از نظر رفتار شیمیایی شبیه پلاتین است، اما بسیار ارزان‌تر است، استفاده کردند تا به عنوان فاز فعال کاتد الکترولیزور عمل کند که منجر به افزایش کلی کارایی الکترولیز می‌شود.
به گزارش آرا نیرو، با تلاش مشترک تحقیقاتی بین IIT وspin-off BeDimensional روشی کشف شده است که از ذرات روتنیوم در ارتباط با یک سیستم الکترولیز با انرژی خورشیدی استفاده می کند.
برای تولید موثرتر و ارزانتر هیدروژن سبز چه چیزی لازم است؟ ظاهراً ذرات کوچک روتنیوم (ruthenium) و یک سیستم انرژی خورشیدی برای الکترولیز آب. این راه حلی است که توسط یک تیم مشترک شامل Istituto Italiano di Tecnologia (موسسه فناوری ایتالیا، IIT) جنوا، و BeDimensional S.p.A شناسایی شده است.

این فناوری که در چارچوب فعالیت‌های آزمایشگاه مشترک توسعه یافته و اخیراً در دو مجله با فاکتور تأثیر بالا (Nature Communications و Journal of the American Chemical Society) منتشر شده است، بر اساس خانواده جدیدی از الکتروکاتالیست‌ها است که می‌تواند هزینه‌های سبز را کاهش دهد.
تولید هیدروژن در مقیاس صنعتی
هیدروژن به عنوان یک بردار انرژی پایدار، جایگزینی برای سوخت های فسیلی در نظر گرفته می شود. اما همه هیدروژن ها در مورد اثرات زیست محیطی یکسان نیستند. در واقع، روش اصلی تولید هیدروژن امروزه از طریق اصلاح بخار متان است، فرآیندی مبتنی بر سوخت فسیلی که دی اکسید کربن (CO2) را به عنوان یک محصول جانبی آزاد می کند.

هیدروژن تولید شده توسط این فرآیند به عنوان “خاکستری” (زمانی که CO2 در جو آزاد می شود) یا “آبی” (زمانی که CO2 تحت جذب و ذخیره سازی زمین شناسی قرار می گیرد) طبقه بندی می شود. برای کاهش قابل توجه انتشار به صفر تا سال 2050، این فرآیندها باید با فرآیندهای سازگار با محیط زیست جایگزین شوند که هیدروژن “سبز” (یعنی انتشار خالص صفر) را ارائه کنند. هزینه هیدروژن “سبز” به شدت به بازده انرژی مجموعه (الکترولایزر) بستگی دارد که مولکول های آب را به هیدروژن و اکسیژن تقسیم می کند.
نوآوری های فناوری در تولید هیدروژن
محققان تیم مشترک این اکتشاف روش جدیدی ابداع کرده‌اند که کارایی بیشتری نسبت به روش‌های شناخته‌شده فعلی در تبدیل انرژی الکتریکی (سوگیری انرژی مورد استفاده برای تقسیم مولکول‌های آب) به انرژی شیمیایی ذخیره‌شده در مولکول‌های هیدروژن تولید شده را تضمین می‌کند. این تیم مفهومی از کاتالیزور را توسعه داده است و از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی الکتریکی تولید شده توسط پنل خورشیدی استفاده کرده است.
ما در مطالعه خود نشان داده‌ایم که چگونه می‌توان کارایی یک فناوری قوی و توسعه‌یافته را به حداکثر رساند، علی‌رغم سرمایه‌گذاری اولیه که کمی بیشتر از آنچه برای یک الکترولیز استاندارد مورد نیاز است. یونگ زو و میشل فری از گروه نانوشیمی در IIT در جنوا اظهار داشتند: این به این دلیل است که ما از فلز گرانبهایی مانند روتنیم استفاده می کنیم.

photo 2024 02 12 17 16 32 - دانشمندان ایتالیایی سیستم جدیدی برای تولید ارزان و کارآمد هیدروژن سبز ایجاد کردند

Credit: IIT-Istituto Italiano di Tecnologia

به گزارش آرا نیرو، محققان از نانوذرات روتنیوم استفاده کردند، فلزی نجیب که از نظر رفتار شیمیایی مشابه پلاتین است اما بسیار ارزان‌تر است. نانوذرات روتنیوم به عنوان فاز فعال کاتد الکترولیزور عمل می‌کنند که منجر به افزایش کلی کارایی الکترولیز می‌شود.
ما آنالیزها و آزمایش‌های الکتروشیمیایی را تحت شرایط صنعتی مهم انجام داده‌ایم که به ما امکان می‌دهد فعالیت کاتالیزوری موادمان را ارزیابی کنیم. علاوه بر این، شبیه‌سازی‌های نظری به ما امکان می‌دهد تا رفتار کاتالیزوری نانوذرات روتنیم را در سطح مولکولی درک کنیم. سباستیانو بلانی و مارلینا زاپیا از BeDimensional که در این کشف نقش داشتند، مکانیسم تقسیم آب بر روی سطوح پایه آنها طی ترکیب داده‌های آزمایش‌ها با پارامترهای فرآیند اضافی را توضیح دادند، و یک تحلیل فنی-اقتصادی انجام داده‌ که رقابت‌پذیری این فناوری را در مقایسه با الکترولیزهای پیشرفته را نشان می‌دهد.

مقرون به صرفه بودن فناوری جدید
روتنیوم فلز گرانبهایی است که در مقادیر کم به عنوان محصول جانبی استخراج پلاتین (30 تن در سال در مقایسه با تولید سالانه 200 تن پلاتین) اما با هزینه کمتر (18.5 دلار در هر گرم در مقابل 30 دلار برای پلاتین) به دست می آید. فناوری جدید شامل استفاده از تنها 40 میلی گرم روتنیوم در هر کیلووات است، در تضاد کامل با استفاده گسترده از پلاتین (تا 1 گرم در هر کیلووات) و ایریدیوم (بین 1 تا 2.5 گرم در هر کیلووات، با قیمت ایریدیوم در حدود 150 دلار در هر گرم) که الکترولیزهای غشایی مبادله پروتون را مشخص می کنند.

محققان IIT و BeDimensional با استفاده از روتنیوم، کارایی الکترولیزهای قلیایی را بهبود بخشیده‌اند، فناوری که دهه ها به دلیل استحکام و دوام آن مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان مثال، این فناوری بر روی کپسول آپولو 11 بود که بشریت را در سال 1969 به ماه برد. خانواده جدید کاتدهای مبتنی بر روتنیوم برای الکترولیزهای قلیایی که توسعه یافته است بسیار کارآمد است و عمر طولانی دارد، بنابراین قادر است هزینه های تولید هیدروژن سبز را کاهش دهد.

محققان نتیجه گرفتند: «در آینده، ما قصد داریم این فناوری و سایر فناوری‌ها، مانند کاتالیزورهای نانوساختار مبتنی بر مواد دوبعدی پایدار را در الکترولایزرهای پیشرفته با انرژی الکتریکی از منابع تجدیدپذیر، از جمله برق تولید شده توسط پنل‌های فتوولتائیک، به کار ببریم».

مراجع:
“ساختارهای نانوهتروساختار Ru-Cu برای واکنش موثر تکامل هیدروژن در الکترولیزهای آب قلیایی” توسط یونگ زو، سباستیانو بلانی، گابریله صالح، میشل فری، دیپاک وی. ، ابینایا آنامالای، دانیلو اولیویرا د سوزا، لوکا دی تریتزیو، ایوان اینفانته، فرانچسکو بوناکوروسو و لیبراتو ماننا، 25 سپتامبر 2023، مجله انجمن شیمی آمریکا.
DOI: 10.1021/jacs.3c06726

«الکترولایزرهای آب قلیایی با کارایی بالا بر اساس کاتد نانوپلاکت‌های مس آشفته شده با روم» توسط یونگ زو، سباستیانو بلانی، میشل فری، گابریله صالح، دیپاک وی. ، فرانچسکو بوناکورسو و لیبراتو ماننا، 4 اوت 2023، Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-40319-5

پنل های خورشیدی مونو(تک) کریستال در مقابل پلی(چند) کریستال: تفاوت چیست؟

به گزارش آرا نیرو اکثر پنل های خورشیدی مسکونی این روزها از نوع مونو کریستال مشکی هستند.

در یک نگاه، همه صفحات خورشیدی ممکن است شبیه به هم یا حداقل بسیار مشابه به نظر برسند. با دقت نگاه کنید و متوجه تفاوت های ظریف، یعنی رنگ سلول های خورشیدی خواهید شد. این تفاوت ها هم از نظر هزینه و هم از نظر میزان برق تولیدی می تواند معنی زیادی داشته باشد.

انواع مختلفی از پنل‌های خورشیدی در بازار موجود است، از جمله پنل‌های مونو کریستال، پلی کریستال و لایه نازک، که هر کدام ویژگی‌های عملکردی و قیمت‌های متفاوتی دارند.

انواع مختلف پنل ها می توانند تعیین کنند که چقدر باید پرداخت کنید و به چه تعداد پنل نیاز دارید.

آیا پنل های خورشیدی می توانند در هزینه شما صرفه جویی کنند؟

به تاثیر انرژی خورشیدی که می تواند بر خانه شما بگذارد علاقه دارید؟ برخی از اطلاعات اولیه را به کارشناس های آرا نیرو ارائه دهید، و ما فوراً یک تخمین رایگان از صرفه جویی در انرژی شما ارائه خواهیم کرد.
در اینجا آنچه باید در مورد انواع اصلی پنل های خورشیدی بدانید، آورده شده است.

تعریف پنل های خورشیدی مونو کریستال و پلی کریستال
تفاوت بین دو نوع اصلی پنل های خورشیدی که امروزه نصب می شوند، مونو کریستال و پلی کریستال، با نحوه ساخت آنها شروع می شود، تفاوتی که بر عملکرد آنها، مدت زمان ماندگاری و ظاهر آنها در سقف شما تأثیر می گذارد. Optivolt، یک شرکت فناوری خورشیدی مستقر در سیلیکون ولی گفت که پنل های مونو کریستال معمولا عملکرد بهتری دارند اما کمی هزینه بیشتری دارند.
اگر بازار خورشیدی یک مسابقه بود، پنل های مونوکریستال برنده می شدند. طبق گزارشی که در سپتامبر 2022 توسط آزمایشگاه ملی لارنس برکلی منتشر شد، حدود 90 درصد از صفحات خورشیدی نصب شده در سال 2021 مونو کریستال بودند.

اگر مجبور به انتخاب بین پنل های خورشیدی هستید، احتمالاً بین گزینه های مونوکریستال انتخاب خواهید کرد. صرف نظر از اینکه از بین پنل‌های مونو کریستال انتخاب می‌کنید یا گزینه‌های چند بلوری، باید اندازه پنل‌ها را نسبت به فضای موجود، ضمانت‌های آن‌ها، بودجه و ظاهر آن‌ها در نظر بگیرید.
پنل های خورشیدی مونوکریستال
پنل های مونوکریستال از یک شمش سیلیکونی ساخته می شوند. برای ایجاد شمش، میله ای از سیلیکون کریستالی خالص به نام کریستال دانه در سیلیکون مذاب قرار می گیرد. سپس به آرامی کشیده می شود و به سمت بالا می چرخد ​​و به یک شمش سیلیکونی تبدیل می شود. شمش به صورت ویفرهای نازک بریده می شود که سطح آن زبر شده است تا بتواند نور خورشید بیشتری را شکست دهد. سپس یک لایه فسفر به هر ویفر اضافه می شود. برای ساخت هر پنل خورشیدی بین 32 تا 96 ویفر سیلیکونی خالص نیاز است. هر چه تعداد سلول های سیلیکونی در هر پنل بیشتر باشد، انرژی خروجی بالاتری خواهد داشت.
مدل‌های مونوکریستال کارآمدترین پنل‌های خورشیدی برای تأسیسات مسکونی هستند (به‌طور متوسط ​​بازده 17 تا 22 درصد) اما کمی گران‌تر از نمونه‌های پلی‌کریستالی خود هستند (حدود 1 تا 1.5 سنت دلار به ازای هر وات قبل از نصب). آنها می توانند ظاهری کاملا مشکی داشته باشند که برخی افراد آن را ترجیح می دهند و معمولاً 25 سال ضمانت دارند، اگرچه عمر مفید آنها می تواند بسیار طولانی تر باشد.

photo 2024 01 31 11 09 43 - پنل های خورشیدی مونو(تک) کریستال در مقابل پلی(چند) کریستال: تفاوت چیست؟

پنل های خورشیدی پلی کریستالی
پنل های خورشیدی پلی کریستالی گاهی اوقات پنل‌های خورشیدی چند کریستالی یا چند بلوری نامیده می شوند. آنها همچنین از سیلیکون ساخته شده اند، اما به جای اینکه از یک ویفر ایجاد شوند، از چند قطعه سیلیکون ساخته شده اند. سیلیکون ذوب می شود و سپس به صورت قطعاتی خنک می شود که قبل از برش برای پنل با هم قالب گیری می شوند. فرآیند تکمیل همانند پنل های مونوکریستالی است.
آنها کمی ارزان تر هستند ( 1 تا 1.5 سنت دلار در هر وات قبل از نصب) و کارایی کمتری دارند (به طور متوسط ​​15٪ تا 17٪). آنها همچنین در گرما کمی ضعیف تر عمل می کنند اما هنوز عمر مفیدی دارند که بیش از 20 سال است.

پنل های خورشیدی مونوکریستال در مقابل پلی کریستال
در اینجا به مقایسه دو نوع پنل خورشیدی رایج می‌پردازیم:

ظاهر
زیبایی در چشم بیننده است، اما پنل های مونوکریستال ظاهر تیره تری دارند که با اکثر سقف ها بهتر ترکیب می شود. پنل های پلی کریستالی آبی به نظر می رسند و کمی بیشتر خودنمایی می کنند. در شکل سلول‌های واقعی تفاوت‌هایی وجود دارد، اما احتمالاً آن‌ها به اندازه رنگ چشم را جلب نمی‌کنند.
برنده: مونو کریستال

بهره وری
کارایی پنل، میزان نور خورشید را که یک پنل خورشیدی به برق تبدیل می‌کند اندازه‌گیری می‌کند. هر چه این عدد بیشتر باشد، سیستم کارآمدتر است. پنل‌های مونوکریستال دارای محدوده بازدهی بین 17% تا 22% می باشند در حالی که محدوده کارایی پنل های خورشیدی پلی کریستال از 15% تا 17% می‌باشد.
برنده: پنل های خورشیدی مونو کریستال

ضریب دما
ضریب دما معیاری است که نشان می دهد یک پنل خورشیدی برای هر درجه سانتیگراد بالای 25 (77 درجه فارنهایت) چقدر کارایی کمتری دارد. محبوب‌ترین مدل های مونو کریستال دارای ضرایب دمایی هستند که از -.26٪ تا -.35٪ متغیر است. برای پنل های خورشیدی پلی کریستال، نرخ کمی بدتر است.
برنده: پنل های خورشیدی مونو کریستال

طول عمر
میزان الکتریسیته تولید شده توسط پنل های خورشیدی هر سال کاهش می یابد. این بر طول عمر پنل ها تأثیر می گذارد. برای پنل های خورشیدی مونوکریستال، احتمالاً پس از 25 سال، حدود 85 درصد از خروجی اولیه را خواهید داشت، یعنی مدت زمان یک گارانتی معمولی. بسیاری از سیستم ها می‌توانند حتی بیشتر عمر کنند. تخریب پنل های خورشیدی پلی کریستال اندکی بدتر است که منجر به کاهش شدیدتر و طول عمر کوتاه تر می شود.
برنده: پنل های خورشیدی مونو کریستال

هزینه
هزینه خرید و نصب پنل‌های خورشیدی به تعداد پنل‌هایی که نیاز دارید، میانگین مصرف انرژی، خروجی پنل‌های خورشیدی و میزان نور خورشید در محل خانه‌تان بستگی دارد.

هزینه متوسط ​​نصب خورشیدی بین دو تا سه میلیون تومان در هر کیلووات بسته به محل شما است. برای اولین بار پس از مدت ها، هزینه پنل های خورشیدی در نیمه اول سال 2023 به دلیل تورم و مشکلات زنجیره تامین طولانی افزایش یافت. و البته در نیمه سال دوم کاهش قابل توجهی داشت. علیرغم نوسانات، پنل های خورشیدی پلی کریستالی همچنان ارزان تر به فروش می‌رود، اگرچه احتمالاً در طول عمر پنل های خورشیدی پلی کریستال خود صرفه جویی کمتری خواهید کرد.
برنده: پنل های خورشیدی پلی کریستال

بهترین کاربردها برای پنل های خورشیدی مونوکریستال در مقابل پلی کریستال
پنل های مونوکریستال به دلیل کارایی بالاتر و ظاهر مشکی براق و یکنواخت شناخته شده اند. به این ترتیب، صاحبان خانه ها تمایل دارند از آنها حمایت کنند زیرا کمی زیباتر هستند. با توجه به راندمان برتر آنها، آنها می توانند برق بیشتری را از یک منطقه کوچکتر تولید کنند، و زمانی که اندازه سقف شما کوچکتر است، آنها را به یک انتخاب عالی تبدیل میکند.

علاوه بر این، بازده برق بالاتر پنل‌های مونو کریستال به این معنی است که پول قابل توجهی در قبوض برق خود صرفه‌جویی می‌کنید و در طول زمان بازدهی بیشتری از سرمایه‌گذاری خود دریافت می‌کنید، که احتمالاً بخشی از این دلیل است که آنها معمولاً در برنامه‌های مسکونی نصب می‌شوند.

از سوی دیگر، پنل های خورشیدی پلی کریستال گزینه مقرون به صرفه تری برای مشتریان با بودجه کمتر هستند. آنها به بهترین وجه در ساختمان های تجاری با اندازه سقف بزرگ استفاده می شوند.

photo 2024 01 31 11 09 49 - پنل های خورشیدی مونو(تک) کریستال در مقابل پلی(چند) کریستال: تفاوت چیست؟

چگونه در پنل های خورشیدی صرفه جویی کنیم؟
به گزارش آرا نیرو چندین روش خلاقانه برای صرفه جویی در هزینه سرمایه گذاری در پنل خورشیدی شما وجود دارد. صاحبان خانه می توانند از اعتبارات مالیاتی، کمک های بلاعوض یا سایر مشوق های محلی استفاده کنند که می تواند هزینه خالص سیستم خورشیدی را بدون توجه به نوع پنل خورشیدی انتخاب شده به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
هر سرمایه گذاری در یک سیستم پنل خورشیدی مستلزم تعادل ظریف بین هزینه های اولیه، پس انداز طولانی مدت و موقعیت منحصر به فرد مشتری است. پنل های پلی کریستال مقرون به صرفه تر از پنل های مونو کریستال هستند، اما شما باید با خروجی برق کمتر آنها مبارزه کنید.
انواع دیگر پنل های خورشیدی
پنل های خورشیدی لایه نازک سومین نوع از پنل های خورشیدی محبوب هستند. آنها عمدتاً در مزارع خورشیدی استفاده می شوند و به ندرت برای مقاصد مسکونی به دلیل نسبت راندمان پایین آنها از 10٪ تا 13٪ استفاده می شود. آنها برای تولید همان مقدار الکتریسیته که پنل های خورشیدی مونوکریستال و پلی کریستال دارند، به سطح بزرگتری نیاز دارند. طول عمر آنها معمولاً بین 10 تا 20 سال است.

پنل های لایه نازک علیرغم راندمان نسبتا کم و نیاز به فضای بیشتر، بهترین ضریب دمایی را دارند که آنها را برای استفاده در مکان های با دمای بالا با آب و هوای گرم تر عالی می کند، مثل مناطق گرمسیری ایران همچون اهواز. قیمت صفحات خورشیدی لایه نازک بین 12 تا 15 سنت دلار به ازای هر وات متغیر است.

نتیجه
هنگام انتخاب بین پنل های خورشیدی مونوکریستال و پلی کریستال، درک تفاوت های کلیدی هر دو نوع پنل خورشیدی و اینکه چگونه این تفاوت ها ممکن است بر عملکرد کلی سیستم تأثیر بگذارد، ضروری است. پنل‌های خورشیدی مونوکریستالی برای مصارف مسکونی مناسب‌تر هستند و به دلیل بهره‌وری بالاتر، صرفه‌جویی بیشتری را در یک دوره طولانی ارائه می‌کنند. نکته منفی این است که هزینه بیشتری دارند.

از طرف دیگر، پنل های پلی کریستال کمی ارزان تر از پنل های مونو کریستال هستند اما کارایی کمتری دارند. اگر با یک شرکت خورشیدی کار می کنید، احتمالاً پنل‌های خورشیدی مونوکریستال دریافت خواهید کرد، زیرا آنها بسیار رایج تر هستند. در چند مورد، پنل های پلی کریستالی ممکن است منطقی باشد، اگرچه آنها در حال حاضر سهم بسیار کوچکتری از پنل های بازار را در اختیار دارند.

 

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

 

نقش شرکت های عرضه کننده گاز فسیلی در عصر انرژی پاک

 

به گزارش آرا نیرو همه می خواهند کاری در مورد انتشار کربن انجام دهند اما تعداد کمی از آنها می دانند چگونه؟ ما می‌خواهیم بهتر عمل کنیم، اما ادامه دادن به انجام کاری که همیشه انجام داده‌ایم آسان‌تر از صرف زمان، تلاش و پول برای ایجاد تغییرات است. شرکت‌های تاسیساتی که گاز فسیلی عرضه می‌کنند _که به اشتباه به عنوان “گاز طبیعی” شناخته می‌شود_ تحت فشار گروه‌های زیست‌محیطی هستند، زیرا محصول آنها _که عمدتا متان است_ هنگام سوزاندن دی اکسید کربن در اتمسفر آزاد می‌شود.

 

حتی بدتر از آن، مقدار زیادی از مواد به اتمسفر نشت می کند، جایی که برای 20 سال یا بیشتر باقی می‌ماند. متان 80 برابر قویتر از دی اکسید کربن، عامل گرمایش سیاره است، به این معنی که لغزش به سمت دمای گرمتر جهانی را تسریع داده است. اما شرکت‌های گاز فسیلی علاقه خاصی به ادامه مدل کسب و کار خود دارند که سود قابل توجهی را برای آنها به ارمغان می‌آورد. حتی با فرض اینکه مدیرانی که این شرکت ها را اداره می کنند متعهد به رسیدگی به تغییرات آب و هوایی به روشی معنادار باشند، نمی توانند به خوبی در جلسه هیئت مدیره شرکت کنند و پیشنهاد تعطیلی کسب و کار را بدهند.

 

حرکت از گاز فسیلی

ایالت نیویورک فکر می کند راه حلی برای این معضل دارد. تمام تجربیاتی که شرکت‌های گاز فسیلی در ساخت خطوط لوله و شبکه‌های توزیع ساختمان دارند را در نظر بگیرید و در عوض آن را برای انتقال گرما برای پمپ‌های حرارتی منبع زمینی به کار ببرید. در سال 2022، قانونگذار نیویورک، قانونی را تصویب کرد که تعدادی از سیاست های طراحی شده برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای را ترویج می کند. از جمله آنها طرحی برای کاهش انتشار کربن و متان از تاسیسات گاز فسیلی است و در عین حال نقشی را برای این شرکت ها در دهه های آینده ایجاد می کند.

 

آنها به حفر سنگرها، احداث خطوط لوله و نصب تجهیزات ادامه می دهند _همان نوع سرمایه گذاری که امروزه سود طولانی و پایداری را برای شرکت های گاز به ارمغان می آورد._ اما به جای گاز قابل اشتعال و گرم کننده سیاره، این لوله ها آب یا مایعات دیگری را حمل می کنند که گرما را از زیر زمین یا از ساختمان ها و منابع دیگر در شبکه منتقل می کنند که می توانند توسط پمپ های حرارتی برای گرم نگه داشتن ساختمان ها استفاده شوند.

 

چرا این مهم است؟ ما می دانیم که پمپ های حرارتی با منبع هوا – نوعی که روی دیوارهای بیرونی آویزان می شوند – نسبت به دیگهای بخار و کوره های معمولی که از سوخت های فسیلی استفاده می کنند کارآمدتر هستند. _اگر در اطراف بوستون امریکا زندگی می‌کنید، تصدیق میکنید که آن‌ها کارآمد هستند_ اما چیزی که بسیاری نمی‌دانند این است که وقتی می‌توانند گرما و سرما را با سیال در دمای پایدار مبادله کنند و نه از طریق هوای سرد بیرون، این امر حتی میتواند کارآمدتر باشد. در واقع، وزارت انرژی امریکا تخمین می زند که چنین پمپ های حرارتی منبع زمینی مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای را تا 44 درصد در مقایسه با پمپ های حرارتی منبع هوا و 72 درصد در مقایسه با تجهیزات استاندارد تهویه مطبوع کاهش می دهند. حالا با این تفاسیر آیا ما توجه شما را جلب کردیم؟

در حالی که این خبر هیجان‌انگیزی است، اکثر مالکان ساختمان‌ها برای پرداخت هزینه حفاری گمانه‌ها و نصب لوله‌ها برای سیستم‌های پمپ حرارتی زمین گرمایی خود یا بستن قراردادهایی با همسایگان خود برای ساخت و اشتراک شبکه‌های زیرزمینی با مشکل مواجه هستند.  به همین دلیل است که رویکرد نیویورک برای انطباق زیرساخت های خدمات گازی بسیار نویدبخش است.  لیزا دیکس، مدیر ائتلاف غیر انتفاعی کربن زدایی ساختمان در نیویورک به Canary Media می گوید که انجام این کار به صاحبان خانه و مشاغل کمک می کند تا در هزینه ها سهیم شوند و از مزایای آن بهره ببرند.

 

توانمندسازی قانونگذاری

 گروه او از قانون شبکه انرژی حرارتی شهری و مشاغل حمایت کرد که توسط قانونگذار نیویورک در سال 2022 تصویب شد. در پاسخ به این قانون، شرکت های آب و برق در ایالت نیویورک، ماه گذشته برنامه هایی را برای 13 پروژه آزمایشی ارائه کردند که برای تبدیل خطوط لوله گاز فسیلی به زیرساخت طراحی شده بودند که می تواند پمپ های حرارتی تمیز و بدون کربن را تامین کند.

به گزارش آرا نیرو این شبکه‌های حرارتی زیرزمینی از مراکز تجاری متراکم منهتن تا مسکن‌های کم درآمد، و از محله‌های دره هادسون تا شهر شمالی ایتاکا، محل دانشگاه کرنل، را دربرمی‌گیرد.  نتایج این پروژه‌های آزمایشی می‌تواند به جوامع دیگر از جمله ایران کمک کند تا درک کنند که چگونه این فناوری را برای خود به کار ببرند.

شرکت Con Edison، شرکتی که به شهر نیویورک و شهرستان وستچستر خدمات می‌دهد، سه پروژه را پیشنهاد کرده است که برخی از چالش‌برانگیزترین تنظیمات شهری از جمله مرکز برجسته راکفلر را در بر می‌گیرد. Con Ed قصد دارد سه ساختمان تجاری بزرگ را از شبکه گرمایش بخار منطقه ای به پمپ های حرارتی تبدیل کند. این پمپ های حرارتی از آبی استفاده می کنند که توسط گرمای هدر رفته از منابعی مانند فاضلاب، مراکز داده و سیستم های خنک کننده ساختمان های مجاور گرم می شود.

 

«برخی تصورات غلط وجود دارد. مردم فکر می کنند که برای گرفتن گرمای زیرزمینی باید یک میلیون چاه حفر کنید. ​اما شما می توانید گرمای خود را از منابع مختلف دریافت کنید. می توانید آن را از مترو دریافت کنید، می توانید آن را از فاضلاب تهیه کنید و اگر این کار را درست انجام دهیم، به کربن زدایی سیستم بخار Con Ed کمک خواهد کرد.

 

photo 2024 01 21 10 05 28 - نقش شرکت های عرضه کننده گاز فسیلی در عصر انرژی پاک

Source: cleantechnica.com

شرکت املاک و مستغلات Tishman Speyer، مالک 30 Rockefeller Center، شریک اصلی این پروژه است. این شرکت انگیزه قوی برای مشارکت دارد زیرا این پروژه می تواند هزینه های مربوط به رعایت قانون محلی شهر نیویورک 97 را کاهش دهد که تمام ساختمان های بزرگ را ملزم می کند تا انتشار کربن خود را تا سال 2030 تا 40 درصد نسبت به سال 2019 کاهش دهند. رسیدن به این اهداف مستلزم 18.2 میلیارد دلار سرمایه گذاری در جایگزینی برای دیگهای بخار و کوره های گاز فسیلی تخمین زده شده است.

 

دیکس گفت: شبکه های مشترک می توانند به طور قابل توجهی هزینه ساختمان های فردی را کاهش دهند، اما صاحبان املاک ​”نمی خواهند به طور خصوصی با تمام این مجوزها برخورد کنند – آنها می خواهند که شرکت ابزار با همه این موارد مقابله کند.” هنگامی که به دنبال تبدیل کل محله‌ها در مقیاس بزرگ به جایگزین‌های کم کربن هستید، ​”توسعه‌های آب و برق بیشترین منطق را برای انجام این کار دارند. آنها دارای حق راه هستند، دارای مجوز هستند، به سرمایه دسترسی دارند، و نیروی کار دارند که قبلاً اتحادیه شده است.»

 

به گزارش آرا نیرو یکی دیگر از پروژه های Con Ed در محله چلسی منهتن قصد دارد 100 درصد نیازهای گرمایشی، سرمایشی و آب گرم یک ساختمان مسکونی چند خانواری کم درآمد را از یک مرکز داده در نزدیکی آن، تامین کند. دیکس گفت: «ما می‌توانیم یک مرکز داده داشته باشیم که به معنای واقعی کلمه یک ساختمان چند خانواری یا یک آسمان‌خراش بزرگ را گرم می‌کند.

 

سه ایالت دیگر – کلرادو، ماساچوست و مینه‌سوتا – قوانینی را تصویب کرده‌اند که به شرکت‌های گاز اجازه می‌دهد تا پروژه‌های آزمایشی شبکه انرژی حرارتی را انجام دهند. ایلینوی، مین، ورمونت و واشنگتن در حال بررسی قوانین مشابه هستند و 13 شرکت گاز یک شرکت مشترک زمین گرمایی شبکه‌ای Utility را برای بررسی گزینه‌های بیشتر ایجاد کرده‌اند.

1690297311708 - نقش شرکت های عرضه کننده گاز فسیلی در عصر انرژی پاک

https://www.sciencefocus.com/

تاسیسات گاز فسیلی ایده آل هستند

آدری شولمن، مدیر اجرایی تیم بهره وری انرژی خانگی در کمبریج ماساچوست، گفت که شرکت های گاز فسیلی برای نصب شبکه های انرژی حرارتی در مقیاس بزرگ، ایده آل هستند. آنها نیروی کار، تخصص و دسترسی به سرمایه مورد نیاز برای ساخت شبکه های زیرزمینی متصل به هم را دارند. او می گوید که آنها در حال حاضر میلیاردها دلار در سال برای توسعه و تعمیرات خط لوله گاز فسیلی خرج می کنند که به ناچار مدت ها قبل از اینکه هزینه های آنها توسط مشتریان بازپرداخت شود به “دارایی های سرگردان” تبدیل می شوند. “کل کار در مورد ایجاد ساختار نظارتی است که به وسیله آن از گاز خارج می شویم و به چیز دیگری می رویم.”

در پست آینده پیج اینستاگرام آرا نیرو ویدئوی مختصری وجود دارد که توسط HEET گردآوری شده است که به خوبی توضیح می دهد که چگونه این فرآیند کار می کند. با ما همراه باشید.

 

علی‌رغم قانون نیویورک، شرکت‌های گاز فسیلی در این ایالت 5 میلیارد دلار برای سرمایه‌گذاری زیرساختی هزینه کرده‌اند و از زمان تصویب این قانون، 28 میلیارد دلار در طرح‌های جایگزینی خط لوله، شناسایی کرده‌اند. این قطع ارتباط بین الزامات آب و هوایی به نیویورک محدود نمی شود. گروه براتل در گزارشی در سال 2021 دریافت که شرکت های گاز فسیلی در ایالات متحده ممکن است در دهه آینده با سرمایه گذاری 180 میلیارد دلاری در خط لوله مواجه شوند که ممکن است قابل بازیابی نباشد.

تعهد خدمت

مانند بسیاری از ایالت‌های دیگر با دستور کربن‌زدایی، نیویورک صدها میلیون دلار مشوق برای پمپ‌های حرارتی و برق‌رسانی ساختمان‌ها ارائه کرده است و مقرراتی را وضع کرده است که گسترش گاز فسیلی را به ساختمان‌های جدید محدود می‌کند.

اما بر اساس گزارش سال 2023 از ائتلاف کربن زدایی ساختمان، این رویکرد “خانه به خانه” می تواند منجر به ایجاد محدودیت در تاسیسات گاز و تنظیم کننده ها شود که جهت حفظ شبکه های توزیع مجبور به فروش گاز گران قیمت برای تامین سوخت به تعداد روبه کاهش مشتریان شوند.

در همین حال، مشتریانی که باقی می‌مانند، بخش بیشتری از هزینه پرداخت این سرمایه‌گذاری‌های گاز را متحمل خواهند شد، که منجر به ایجاد یک چرخه معیوب از افزایش هزینه‌ها بر افرادی می‌شود که خود توانایی تغییر پمپ‌های حرارتی را ندارند. آن دسته از مشتریان عقب مانده به احتمال زیاد افرادی با درآمد کمتر هستند که در حال حاضر برای پرداخت قبوض گران قیمت آب و برق تلاش می کنند.

 

یکی از موانع، قوانینی است که در بسیاری از ایالت‌ها وجود دارد. در ازای انحصار شرکت های خدمات شهری، آنها ملزم به ارائه خدمات به هر کسی در قلمرو خود هستند که آن را درخواست می کند. این تعهد بخش اصلی ماموریت یک شرکت است، اما کاربرد دقیق آن می‌تواند به یک مشتری در محله‌ای که برای شبکه انرژی حرارتی در نظر گرفته شده است اجازه دهد کل پروژه را متوقف کند. تغییر قوانین در حال حاضر در نیویورک، ماساچوست و سایر ایالت ها برای اینکه به شرکت های آب و برق اجازه دهد مشتریان را از خدمات شبکه گاز به انرژی حرارتی تغییر دهند، بدون اینکه اعتراضات ​”اجبار به خدمت” را ایجاد کنند، بخش مهمی از روند انتقال خواهد بود.

 

دیکس گفت، در نیویورک، قانون شبکه انرژی حرارتی برق شهری و مشاغل، این قانون را برای پروژه های آزمایشی که اکنون در حال بررسی هستند، به حالت تعلیق در می آورد، اما برای گسترش این تغییر به کل ایالت، قوانین بیشتری لازم است. در ماساچوست، تیم بهره وری انرژی خانه و سایر گروه های محیطی و اجتماعی لایحه “آینده گرمای پاک” را تأیید می کنند که تغییرات مشابهی را ایجاد می کند.

 

به گزارش آرا نیرو مزایای کارآیی این شبکه‌ها همچنین می‌تواند کمک قابل توجهی به شبکه‌های برق بدهد که رشد گسترده‌ای در تقاضای ساختمان‌های گرمایشی و وسایل نقلیه الکتریکی را تجربه خواهند کرد. تحقیقات وزارت انرژی نشان داده است که نصب پمپ های حرارتی زمین گرمایی در تقریبا 80 درصد خانه های ایالات متحده می تواند هزینه های کربن زدایی شبکه را تا 30 درصد کاهش دهد و تا سال 2050 از نیاز به 24,500 مایل خطوط انتقال جدید جلوگیری کند.

EGS.Infographic - نقش شرکت های عرضه کننده گاز فسیلی در عصر انرژی پاک

This diagram shows how electricity is produced using enhanced geothermal systems.

غذای آماده

تبدیل سیستم های توزیع گاز فسیلی برای پشتیبانی از سیستم های پمپ حرارتی منبع زمینی، یک ایده جسورانه است. برای شرکت های آب و برق، این راهی است که آنها به خدمت به جامعه ادامه دهند و با انجام این کار سود ببرند و در عین حال فعالیت های خود را کربن زدایی کنند. این روشی را برای به حداکثر رساندن بهره وری ارائه می دهد که از طریق پمپ های حرارتی ممکن می‌شوند، در حالی که انتشار گازهای گلخانه ای را مختل می کند.

 

چنین تفکر جسورانه ای قابل تحسین است. آیا منطقی‌تر نیست که راه‌حل‌های خلاقانه‌ای مانند این را دنبال کنیم تا اینکه امید به طرح‌های ژئومهندسی خطرناک برای زمین پاک ببندیم؟ صنعت آب و برق میتواند این را به عنوان یک موقعیت برد/برد ببیند، اما بسیاری از این شرکت ها به شدت با این تغییر مخالف هستند. آنها به دلایل خودخواهانه خود از آینده می‌ترسند و به جای ساختن یک جامعه انسانی پایدار نگران سود خود هستند.

 

شاید وقتی یاد بگیرند که انتقال از گازهای فسیلی بدون تخریب مدل کسب و کارشان قابل انجام باشد، بر ترس های خود غلبه کنند و مانع چنین برنامه هایی نشوند. اگر همه برنده شوند، _شرکت ها، جوامع و زمین_ بهترین جهان، ممکن خواهد بود.

 

منبع: CleanTechnica

 

وستاس از توربین بادی جدید ساخته شده از فولاد کم انتشار رونمایی کرد

این شرکت با سازنده فولاد ArcelorMittal برای بالا بردن چرخه فولاد و کاهش انتشار آلاینده های مادام‌العمر برای محصولات آینده خود شریک شده است.
در تلاش برای کاهش انتشار کربن در طول عمر تولید توربین‌های بادی، سازنده توربین دانمارکی Vestas از جدیدترین پیشنهاد خود، توربین‌های ساخته شده از فولاد کم انتشار، رونمایی کرده است. این توربین فولادی کم انتشار در سال 2025 در پروژه باد فراساحلی بالتیک در سواحل لهستان به نمایش درخواهد آمد.

با توجه به کاهش انتشار کربن تا اواسط قرن، کشورها ابتکار عمل ساخت پروژه های انرژی بادی در مقیاس بزرگ را به عهده گرفته اند که می توانند شبانه روزی کار کنند. مناطق نزدیک به ساحل در حال بررسی گزینه‌هایی برای ساخت توربین های بادی بزرگتر در دریا برای بهره برداری از بادهای سریعتر هستند.
در حالی که این ابتکارات قابل ستایش است، کارشناسان همچنین خاطرنشان کرده اند که افزایش انرژی های تجدیدپذیر در سال های اخیر بدون تأثیرات زیست محیطی نیست. برای مثال، توربین‌های بادی با استفاده از فولاد، آهن، فایبرگلاس و پلاستیک ساخته می‌شوند که هر کدام فرآیندهای تولید انرژی بر و اثرات زیست محیطی قابل توجهی دارند.

برای کاهش تأثیر پذیرش در مقیاس بزرگ از این فناوری، سازندگان تجهیزات اصلی مانند Vestas به دنبال کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در تولید خود هستند. توربین فولادی کم آلاینده نتیجه این تلاش‌هاست.

فولاد کم آلاینده چگونه ساخته می شود؟
وستاس با سازنده فولاد چندملیتی ArcelorMittal مستقر در لوکزامبورگ سیتی برای تهیه فولاد کم آلاینده همکاری کرد. فولاد کم انتشار با استفاده از ضایعات فولادی 100 درصد تولید می شود. در Industeel Charleroi در بلژیک، این سازنده فولاد می تواند ضایعات را در یک کوره الکتریکی که تنها با انرژی باد کار می کند ذوب کند.

سپس به فولاد مذاب اجازه داده می شود تا به صفحات فولادی خنک و سپس به صفحات سنگین برای ساخت برج های توربین تبدیل شوند. طبق بیانیه مطبوعاتی این شرکت، فولاد کم آلاینده در حال حاضر برای ساخت یک توربین بادی کامل در خشکی و البته تنها برای بخش بالایی برج های توربین بادی دریایی مناسب است.

photo 2024 01 20 16 45 14 - وستاس از توربین بادی جدید ساخته شده از فولاد کم انتشار رونمایی کرد

Source: Vestas

کاهش انتشار کربن حاصل شده است
فولاد و آهن تا 90 درصد از جرم مواد توربین را تشکیل می‌دهند که در حدود 50 درصد از کل انتشار چرخه حیات توربین را شامل می‌شوند. وستاس با استفاده از فولاد کم آلاینده قصد دارد این عدد را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. طبق بیانیه مطبوعاتی، وستاس در نظر دارد با فولاد کم آلاینده در مقایسه با فولاد معمولی، به کاهش 66 درصدی شدت انتشار در هر کیلوگرم دست یابد.

به طور خاص، در برج‌های توربین دریایی، که تنها دو بخش بالای آن با فولاد کم آلاینده ساخته می‌شود، انتظار می‌رود کاهش انتشار 25 درصد باشد. برای توربین های خشکی، که در آن کل برج از فولاد upcycled ساخته شده است، کاهش CO2 به میزان 52 درصد خواهد بود.

دیتر دهورن، رئیس تدارکات جهانی در Vestas گفت: «پیدا کردن راه‌هایی برای کربن‌زدایی انتشار گازهای گلخانه‌ای تولید شده در طول استخراج مواد خام و پالایش فولاد برای ما و صنعت به طور کلی حیاتی است. وستاس مشارکت با ArcelorMittal و پذیرش فولاد کم آلاینده را به عنوان یک اهرم مهم در کاهش انتشار CO2 در صنعت بادی می بیند.

این محصول پس از مدتی در دسترس مشتریان وستاس قرار خواهد گرفت. در عوض، انتظار می‌رود این شرکت اولین دسته از توربین‌های فولادی کم انتشار خود را در سال آینده و زمانی که وستاس شروع به ساخت پروژه بادی فراساحلی بالتیک 1.2 گیگاواتی در سواحل لهستان می‌کند، راه‌اندازی کند.

سازنده تجهیزات، 76 توربین بادی V236 با ظرفیت 15 مگاواتی را برای این پروژه تامین و نصب خواهد کرد. از این برج های بالا، 52 توربین با استفاده از فولاد کم آلاینده ساخته خواهند شد.
منبع: interestingengineering

یک باتری دائمی به اندازه یک سکه

یک استارت‌آپ می‌گوید باتری هسته‌ای آن به‌اندازه سکه می‌تواند پهپادها را «به‌طور مستمر» به پرواز درآورد.

این با مهار انرژی از شکافت هسته ای کار می کند.

تصور کنید دیگر هرگز مجبور نباشید باتری دستگاه را عوض کنید یا در واقع باتری که می تواند بیشتر از شما عمر کند.

به گزارش آرا نیرو این همان چیزی است که Betavolt، یک شرکت فناور چینی، ادعا می‌کند باتری هسته‌ای مینیاتوری تازه رونمایی شده خود، می‌تواند تا 50 سال به کار خود ادامه دهد.

 این شرکت مستقر در پکن مدعی است که وارد “مرحله آزمایشی” باتری شده است که کوچکتر از یک سکه است و به زودی آن را به تولید انبوه خواهد رساند.

 این شرکت پیش‌بینی می‌کند که باتری در صنایع مختلف از هوافضا گرفته تا روباتیک و تلفن‌های هوشمند استفاده شود.

 این شرکت ادعا می‌کند: «اگر سیاست‌ها اجازه دهند، باتری‌های انرژی اتمی می‌توانند به تلفن همراه اجازه دهند هرگز شارژ نشود و پهپادهایی که فقط ۱۵ دقیقه پرواز کنند می‌توانند به طور مداوم پرواز کنند».

Source httpsslguardian.org  - یک باتری دائمی به اندازه یک سکه

Source httpsslguardian.org

 ادعاهای این شرکت کاملاً غیرقابل تصور نیست.  باتری‌های تجاری موجود که به طور مشابه کار می‌کنند، در حال حاضر عمری بیش از ۲۰ سال دارند.

 

آرا نیرو گزارش می‌دهد ابعاد این باتری 15×15×5 میلی‌متر است و از لایه‌های نازک مانند ایزوتوپ‌های هسته‌ای و نیمه‌هادی‌های الماسی ساخته شده است.  این یک نوع دستگاه بتاولتائیک است، به این معنی که با مهار انرژی آزاد شده از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو، _در این مورد، ایزوتوپ نیکل_، با برداشتن و تبدیل الکترون‌ها در حین تجزیه مواد، کار می‌کند.

 

شرکت Betavolt می گوید که این تشعشعات هیچ خطری برای بدن انسان ندارد و آن را در دستگاه های پزشکی مانند ضربان سازها قابل استفاده می کند.  ایزوتوپ نیکل به یک ایزوتوپ مس پایدار تبدیل می‌شود و به راحتی قابل بازیافت است.

 اما قبل از اینکه بیش از حد در مورد چشم انداز این منبع شگفت انگیز انرژی هیجان زده شوید، باید گفت ادعاهای باورنکردنی نیاز به شواهد خارق العاده‌ای دارند. به عنوان مثال، استارتاپ دیگری به نام NBD بیش از 1.2 میلیون دلار سرمایه گذاری برای باتری مشابهی جمع آوری کرد که گفته بود هزاران سال دوام خواهد آورد – اما این دستگاه هنوز محقق نشده است و کمیسیون بورس و اوراق بهادار ایالات متحده اکنون به دنبال این شرکت به عنوان متقلب است.

منبع: futurism

– نیروگاه خورشیدی در مقیاس کوچک یا اصطلاحا نیروگاه خورشیدی خانگی، برای محیط زیست بهترین است، اما agrivoltaics ممکن است پاسخ بهتری داشته باشد؛

 

تجزیه و تحلیل چرخه حیات نشان می دهد که اگرچه برای محیط زیست بهتر است که خورشیدی را روی سقف قرار دهد، اما ترکیبی از هر دو مورد نیاز است.

 

مطالعه‌ای که در دانشگاه وسترن انتاریو انجام شد، تأسیسات خورشیدی بزرگ و کوچک را با هم مقایسه کرد و به این نتیجه رسید که سیستم‌های خورشیدی در مقیاس کوچک حتی از بزرگترین، کارآمدترین پروژه خورشیدی در مقیاس کاربردی، برای محیط زیست بهتر هستند.

 

 بر اساس گزارش انرژی و منابع ارنست اند یانگ، که اشاره می کند که میانگین موزون جهانی، انرژی خورشیدی در ایالات متحده و کانادا تا حدودی در حال افزایش است زیرا امروزه انرژی خورشیدی کم هزینه‌ترین شکل برق جدید در بسیاری از بازارها است.  هزینه یکسان شده برق (LCOE) برای انرژی خورشیدی 29 درصد کمتر از ارزان ترین جایگزین سوخت فسیلی است.

 

 برای از بین بردن انتشار کربن و برآورده کردن اهداف انرژی پاک ایالات متحده و کانادا، تعداد زیادی پنل خورشیدی باید نصب شود.  مطالعه‌ای که به پتانسیل agrivoltaic در کانادا نگاه کرد، پیش‌بینی کرد که اگر مزارع خورشیدی در مقیاس بزرگ نصب کنیم، تنها به ۱٪ از زمین‌های کشاورزی کانادا برای جبران سوخت‌های فسیلی برای تولید برق نیاز داریم. در حالی که این مقدار کمی از زمین است، محققان دانشگاه غربی انتاریو این سوال را مطرح کردند که آیا برای محیط زیست بهتر است چند مزرعه خورشیدی در مقیاس بزرگ وجود داشته باشد یا بسیاری از سیستم‌های کوچکتر روی پشت بام.

 

 مطالعه تجزیه و تحلیل چرخه حیات که توسط ریا روی و جاشوا ام. پیرس انجام شد، سیستم‌های خورشیدی پشت بام را با سیستم‌های PV خورشیدی در مقیاس چند مگاواتی از زمان تولید تا از کار افتادن مقایسه کرد. آنها دریافتند که سیستم های خورشیدی پشت بام 21 تا 54 درصد انرژی ورودی کمتری نیاز دارند، 18 تا 59 درصد معادل دی اکسید کربن کمتری را در انتشار گازهای گلخانه ای تولید می کنند و مقدار کمتری از آب را بین 1 تا 12 درصد در هر کیلووات پیک مصرف می کنند.

wateruse - کدام نیروگاه خورشیدی برای محیط زیست بهتر است: نیروگاه خورشیدی خانگی یا مزرعه بزرگ خورشیدی؟

Source: ClimateRealityProject.org

بنابراین محققان محاسبه کردند که زمان بازگشت سرمایه نیروگاه‌های خورشیدی پشت بامی تقریباً 51 تا 57 درصد کمتر از سیستم‌های خورشیدی نصب‌شده روی زمین در همه مکان‌ها است، دلیل اصلی آن این است که سیستم‌های پشت بام به فنس یا نگهبان مورد استفاده در فضای بزرگ نیاز ندارند. به علاوه اینکه پروژه های نیروگاه خورشیدی مقیاس کوچک معمولاً به خطوط انتقال نزدیکتر هستند، در حالی که بسیاری از نیروگاه‌های بزرگ مقیاس نیاز به اضافه کردن خطوط انتقال برق تا پست محلی دارند که در صورت اجرای مسافت طولانی باید تلفات انتقال را محاسبه کنند.

greenchart - کدام نیروگاه خورشیدی برای محیط زیست بهتر است: نیروگاه خورشیدی خانگی یا مزرعه بزرگ خورشیدی؟

Source: Joshua M. Pearce

محققان دریافتند که کاهش دی اکسید کربن برای تاسیسات خورشیدی در مقیاس بزرگ در سطح زمین، 378 تا 428 درصد بیشتر است، در مقایسه با خورشیدی روی پشت بام برای همان ماژول‌ها.

 

واقعیت

 

در حالی که تحقیقات نشان می‌دهد که نصب‌ نیروگاه‌های خورشیدی کوچک و پشت بامی برای محیط‌زیست بهتر هستند، محققان به این نتیجه رسیدند که ترکیبی از هر دو مورد نیاز است زیرا اگر گرمایش و حمل‌ونقل را در نظر بگیریم، سقف‌های کافی برای رفع نیازهای برق‌رسانی وجود ندارد. به گفته نویسندگان این مطالعه، Agrivoltaics، که دارای کاربرد دوگانه است، مزایایی دارد زیرا از زمین هم برای تولید انرژی و هم برای تولید غذا استفاده می کند.

 

منبع:

pv-magazine

شرکت لونگی سل های back-contact را با ثبت راندمان 27.09 درصد توسعه می دهد

 

متن خبر:

سازنده چینی ماژول LONGi یک سلول خورشیدی سیلیکونی کریستالی  heterojunction back-contact (HBC) ساخته است که دارای راندمان تبدیل 27.09 درصد است که رکورد خود LONGi را برای کارایی این نوع سلول شکسته است.

 

 این راندمان توسط مؤسسه تحقیقات انرژی خورشیدی Hamelin در آلمان تأیید شد و رکورد راندمان تبدیل LONGi برای سلول‌های HBC سیلیکونی را که در نوامبر 2022 به 26.81 درصد رساند، شکست. LONGi اشاره کرد که نوآوری فناوری اولیه در سلول جدید استفاده  از یک “فرایند الگوبرداری تمام لیزری” که جایگزین فرآیند فوتولیتوگرافی می شود – که در آن از نور UV برای تولید اجزای لایه نازک استفاده می شود، مانند مواردی که در سلول های خورشیدی استفاده می شود – که معمولا برای تولید این نوع سلول ها استفاده می شود.

 

 لی ژنگو، بنیانگذار و رئیس LONGi، گفت: «نوآوری رقابت اصلی شرکت‌ها است و LONGi متعهد به استفاده از انرژی خورشیدی برای ایجاد دنیای سبز است.  ما در LONGi معتقدیم که فتوولتائیک نقش مهمی در انتقال انرژی در سراسر جهان خواهد داشت.

 

 در حالی که این شرکت مشخص نکرده است که سلول چقدر به پیاده سازی تجاری نزدیک است، ترکیب معدنی آن می تواند منبع خوش بینی در بخش خورشیدی نیز باشد.  سلول جدید از یک پنجم ایندیم مورد نیاز یک سلول خورشیدی معمولی در لایه های اکسید رسانای شفاف خود استفاده می کند. ایندیم فلزی است که در تولید چنین لایه‌هایی استفاده می‌شود، اما ذخایر در سرتاسر جهان نادر است، به طوری که سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده (USGS) گزارش می‌دهد که اکثریت ایندیم از یک سنگ معدن جداگانه به نام اسفالریت سنگ سولفید روی استخراج می‌شود.

 

موسسه USGS گزارش داد که در سال 2021، پالایشگاه های چینی 530 تن ایندیم تولید کردند که بیش از نیمی از تولید جهانی 920 تن است و کاهش اتکای بخش خورشیدی به چنین ماده معدنی می تواند به تسلط چین بر بخش تولید جهانی پنل های خورشیدی کمک کند.

 

 نوامبر گذشته، LONGi یک رکورد راندمان تبدیل جداگانه را شکست، این بار برای سلول خورشیدی پروسکایت، با رقم 33.3%.

 

 این خبر به دنبال افزایش علاقه به سلول‌های خورشیدی با امکان back-contact از انواع مختلف است، با قرار دادن زیرساخت‌های اتصال در پشت پنل‌های خورشیدی که قسمت بیشتری نسبت به جلوی پنل را برای دریافت نور خورشید باز می‌کند و به طور بالقوه راندمان تبدیل کلی سلول را بهبود می‌بخشد.  سلول‌های back-contact احتمالاً از سلول‌های TOPCon (تماس با اکسید تونل غیرفعال شده) به عنوان نوآوری بزرگ بعدی در فناوری سلول پیروی می‌کنند، و کار LONGi فقط این انتقال را تسریع می‌کند.

 

شرکت LONGi همچنین اعلام کرد که پایگاه تولید Jiaxing آن توسط مجمع جهانی اقتصاد به عنوان یک “کارخانه جهانی فانوس دریایی” شناخته شده است و اولین پایگاه تولید ماژول خورشیدی است که به این عنوان تحسین شده است. این مرکز به شبکه جهانی فانوس دریایی WEF به عنوان یک کارخانه تولیدی که «عملیات مبتنی بر فناوری» مانند اتوماسیون و هوش مصنوعی را در بر می گیرد، می پیوندد.

منبع:

JP Casey

January 8, 2024

آینده انرژی های تجدیدپذیر: مبدل های طیفی شفاف کارایی سلول های خورشیدی را افزایش می دهند

موضوعات: انرژی، سلول های خورشیدی پروسکایت، فوتونیک، سلول های خورشیدی، انرژی خورشیدی.

در پیشرفت فناوری فتوولتائیک، یک لایه شیشه-سرامیک جدید GdPO4، تبدیل نور به الکتریسیته را با استفاده موثرتر از نور UV بهبود می بخشد. این نوآوری هم کارایی و هم دوام سلول های خورشیدی را افزایش می دهد و پتانسیل قابل توجهی را برای راه‌حل های انرژی های تجدید پذیر آینده ارائه می دهد. 

به گزارش آرا نیرو، این ماده محافظ فوتون های مضر فرابنفش را به نور مرئی تبدیل می کند و راندمان تبدیل دستگاه های فتوولتائیک را افزایش می دهد.

در دهه گذشته، سلول های فتوولتائیک به عنوان منابع امیدوارکننده انرژی تجدیدپذیر توجه زیادی را در سراسر جهان به خود جلب کرده اند.  با این حال، هنوز به راندمان تبدیل به اندازه کافی بالا دست نیافته‌اند تا مورد پذیرش گسترده قرار گیرند، و دانشمندان به دنبال مواد و طرح‌های جدید با عملکرد بهتر هستند.

محدودیت های فن آوری های فتوولتائیک فعلی

دو نوع از سل های رایج که به طور فعال مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، ویفرهای پروسکایتی (Perovskite) و ویفرهای آمورف-سیلیکون کاربید (a-SiC:H) هستند که هر کدام محدودیت‌های خاص خود را دارند.  رایانه‌های شخصی پروسکایت از دو مشکل عمده رنج می‌برند: اول، اگرچه تابش خورشیدی طول موج‌هایی را از مادون قرمز نزدیک تا نور فرابنفش (UV) پوشش می‌دهد، ولی ویفرهای پروسکایت تنها از بخش کوچکی از این طیف استفاده می‌کنند که منجر به راندمان تبدیل انرژی پایین می‌شود. ثانیاً، آنها در برابر تخریب نور ناشی از قرار گرفتن در معرض نور UV با شدت بالا آسیب پذیر هستند. در مقابل، ویفرهای a-SiC:H به دلیل عدم تطابق بین مشخصات طیفی نور خورشید و پاسخ طیفی مواد a-SiC:H نمی توانند به طور مؤثر نور UV را برداشت کنند.

لایه مبدل طیفی نوآورانه

اما اگر این مشکلات را بتوان به سادگی با استفاده از یک لایه شفاف خاص در سطح بالایی ویفر حل کرد، چطور؟ در مطالعه اخیر منتشر شده در مجله فوتونیک برای انرژی (Photonics for Energy)، یک تیم تحقیقاتی شامل دکتر پی سانگ از دانشگاه علوم مهندسی شانگهای چین، یک مبدل طیفی خورشیدی جدید با استفاده از یک ماده شیشه-سرامیک (GC) GdPO4 که با پرازئودیمیم (Pr) و یون‌های یوروپیوم (Eu) دوپ شده بود، توسعه دادند. این فناوری می‌تواند منجر به افزایش قابل توجه عملکرد و کاربرد در سلول های خورشیدی شود.

سلول خورشیدی پنل خورشیدی آرانیرو - آینده انرژی های تجدیدپذیر: مبدل های طیفی شفاف کارایی سلول های خورشیدی را افزایش می دهند

استفاده از یک لایه شیشه سرامیک شفاف   Pr3+/Eu3+- دوپ شده در بالای سلول فتوولتائیک به طور همزمان آن را از آسیب رساندن به اشعه ماوراء بنفش محافظت می کند و آن اشعه ماوراء بنفش را به نور مرئی تبدیل می کند و در نتیجه راندمان تبدیل نور به انرژی را افزایش می دهد.

مکانیسم و ​​مزایای لایه مبدل جدید

هدف اصلی GdPO4-GC:Eu3+/Pr3+ جذب فوتون‌های UV از تابش خورشید و انتشار مجدد آنها به عنوان نور مرئی است. این به لطف انتقال انرژی کارآمدی که بین یون‌های موجود در ماده اتفاق می‌افتد امکان‌پذیر است. وقتی یک فوتون UV به یون Pr3+ برخورد می کند، حالت الکترونیکی برانگیخته ایجاد می کند. این انرژی انباشته شده شانس بالایی برای انتقال به یون Gd3+ دارد، که قبل از انتقال به یون Eu3+، مقداری از آن را آزاد می‌کند. در نتیجه، حالت‌های الکترونیکی برانگیخته در یون +Eu3 تحت یک انتقال پایین به حالت‌های انرژی پایین‌تر قرار می‌گیرند و نور مرئی ساطع می‌کنند.

چندین آزمایش تأیید کردند که یون‌های Gd3+ به‌عنوان پل بین یون‌های Pr3+ و Eu3+ در این انتقال انرژی عمل می‌کنند.  بنابراین، یک لایه نازک شفاف GdPO4-GC:Eu3+/Pr3+ که روی ویفرها اعمال می‌شود، نه تنها از آن در برابر فوتون‌های UV محافظت می‌کند، بلکه نور اضافی نیز به آن می‌دهد. علاوه بر این، این اثر محافظتی به جلوگیری از تخریب ویفر در سل های پروسکایت کمک می کند. در همین حال، در هر دو ویفر پروسکایت و a-SiC:H، لایه تبدیل طیفی به کل سیستم کمک می کند تا از انرژی حاصل از تابش خورشیدی به طور مؤثرتری استفاده کند.

کاربردهای بالقوه و تحقیقات آینده

از آنجایی که این ماده به طور قابل ملاحظه ای پایدار است، به نظر می رسد به عنوان یک لایه محافظ برای ویفرهای خورشیدی فضایی، مانند آنهایی که در ایستگاه های فضایی استفاده می شوند، امیدوارکننده باشد. امروزه، ایستگاه‌های فضایی در حال گسترش، نیاز به پشتیبانی انرژی بیشتری دارند و به سلول های خورشیدی با کارایی بالا نیاز دارند.

سانگ توضیح می‌دهد که با پوشاندن قسمت بالایی یک سل خورشیدی با مواد تبدیل طیفی پیشنهادی و استفاده از فناوری محصورسازی و عایق بندی مناسب، می‌توانیم از سطح رطوبت بسیار پایین و بازیابی حداکثری UV اطمینان حاصل کنیم.  علاوه بر این، مواد GC بافت سختی دارند، بنابراین می‌توانند از ویفرها در برابر ضربه‌های زباله‌های شناور کوچک در فضا محافظت کنند.

مطالعات بیشتری برای بهبود بیشتر کاراییویفرهای خورشیدی با استفاده از مواد GC دوپ شده به عنوان مبدل های طیفی مورد نیاز است. محققان خاطرنشان می کنند که کار آینده می تواند بر بهبود مقرون به صرفه بودن با تنظیم غلظت دوپینگ و بهینه سازی ضخامت لایه محافظ تمرکز کند.

بیایید امیدوار باشیم که انرژی خورشیدی نه تنها به جایگزینی سازگار با محیط زیست برای سوخت های فسیلی، بلکه به منبع انرژی آینده تبدیل شود!

مرجع: «مبدل طیفی خورشیدی مبتنی بر طول موج فرابنفش برای کاربرد سلول های فتوولتائیک» توسط Pei Song، Chaomin Zhang و Pengfei Zhu، 23 دسامبر 2023، مجله فوتونیک برای انرژی.

منبع:

By SPIE–INTERNATIONAL SOCIETY FOR OPTICS AND PHOTONICS 

JANUARY 5, 2024