Zibilizazioa hazten doan heinean, gure bizimoduari eusteko behar den energia handitu egiten da egunero, eta gure baliabide berriztagarriak aprobetxatzeko modu berri eta berritzaileak aurkitzea eskatzen digu, eguzki-argia adibidez, gure gizarteak Aurrerapenean jarrai dezan energia gehiago sortzeko.
Eguzki-argiak gure planetan bizia eman eta ahalbidetu du mendeetan zehar.Zuzenean edo zeharka, eguzkiak ia energia-iturri ezagun guztiak sortzea ahalbidetzen du, hala nola erregai fosilak, hidraulikoa, eolikoa, biomasa, etab. gure bizimodua egunero handitzen da, eta gure baliabide berriztagarriak, eguzki-argia adibidez, aprobetxatzeko modu berri eta berritzaileak aurkitzea eskatzen digu, gure gizarteak Aurrerapenean jarrai dezan energia gehiago sortzeko.
Antzinako munduan bizirik irauteko gai izan gara eguzki-energiarekin, eguzki-argia duela 6.000 urte baino gehiago eraikitako eraikinetan sortutako energia iturri gisa erabiliz, etxea orientatuz eguzki-argia berogailu gisa jokatzen duten zuloetatik igaro dadin. .Milaka urte geroago, egiptoarrek eta greziarrek teknika bera erabili zuten euren etxeak udan fresko mantentzeko, eguzkitik babestuz [1].Leiho bakarreko leiho handiak eguzki-leiho termiko gisa erabiltzen dira, eguzkiaren beroa sartzen utziz baina harrapatuz. barruko beroa.Eguzkiaren argia antzinako munduan sortzen zuen berorako ezinbestekoa zen, baizik eta elikagaiak gatzaren bidez kontserbatzeko eta kontserbatzeko ere erabiltzen zen.Gaztutzean, eguzkia itsasoko ura toxikoa lurruntzeko eta gatza lortzeko erabiltzen da, eta hori biltzen da. eguzki-igerilekuetan [1].Errenazimenduaren amaieran, Leonardo da Vinci-k ispilu ahurren eguzki-kontzentratzaileen lehen aplikazio industriala proposatu zuen ur-berogailu gisa, eta geroago Leonardok kop-a soldatzeko teknologia ere proposatu zuen.Eguzki-erradiazioa erabiliz eta ehungintza-makineria martxan jartzeko irtenbide teknikoak ahalbidetuz [1].Laster, Industria Iraultzan, gaur egun eguzki-labea deitzen dena sortu zuen W. Adamsek. Labe honek zortzi ispilu oktogonala osatzen duten zilarrezko kristalezko ispilu simetriko ditu. ispiluek kontzentratzen dute beiraz estalitako egurrezko kutxa batean, non lapikoa jarri eta irakiten utziko den[1].Ehun urte batzuk aurrera eta eguzki-lurrun-makina 1882 inguruan eraiki zen [1].Abel Pifrek ispilu ahur bat erabili zuen 3.5 m-ko diametroa eta inprimaketa gidatzeko behar adina potentzia ekoizten zuen lurrun-galdara zilindriko batean zentratu zuen.
2004an, Planta Solar 10 izeneko munduko lehen eguzki-zentral kontzentratua ezarri zen Sevillan, Espainian. Eguzki-argia gutxi gorabehera 624 metroko dorre batean islatzen da, non eguzki-hargailuak lurrun-turbinekin eta sorgailuekin instalatuta dauden. Hau energia sortzeko gai da. 5.500 etxe baino gehiago elikatzeko.Ia hamarkada bat beranduago, 2014an, munduko eguzki-zentral handiena ireki zen Kalifornian, AEB. Zentralak 300.000 ispilu kontrolatu baino gehiago erabili zituen eta 377 megawatt-eko elektrizitate ekoizteko aukera eman zuen 140.000 etxe inguru elikatzeko [ 1].
Fabrikak eraiki eta erabiltzen ez ezik, txikizkako dendetako kontsumitzaileak ere teknologia berriak sortzen ari dira. Eguzki-panelek debuta egin zuten, eta eguzki-energiadun autoak ere sartu ziren jokoan, baina oraindik iragarri behar den azken garapenetako bat eguzki-panel berriak da. powered wearable technology.USB konexio bat edo beste gailu batzuk integratuz, arropatik gailuetara konektatzeko aukera ematen du, hala nola iturriak, telefonoak eta entzungailuak, zeinak edonon kargatu daitezkeen. Duela urte batzuk, Riken-eko ikertzaile japoniar talde batek Institute eta Torah Industries-ek deskribatu zuten eguzki-zelula organiko mehe baten garapena, arropak berotuz inprimatuko zituena arropa gainean, zelulak eguzki-energia xurgatzeko eta energia-iturri gisa erabiltzeko aukera emanez [2] .Mikro-eguzki-zelulak zelula fotovoltaiko organikoak dira, termikoarekin. egonkortasuna eta malgutasuna 120 °C-ra arte [2].Ikertzaile taldeko kideek PNTz4T izeneko material batean oinarritutako zelula fotovoltaiko organikoak [3].PNTz4T Rikenek aldez aurretik garatu duen polimero erdieroale bat da.ingurumen-egonkortasuna eta potentzia bihurtze-eraginkortasun handia, orduan zelularen bi aldeak elastomeroz estalita daude, kautxu antzeko material bat [3].Prozesuan, argia sartzen uzten duten 500 mikrometroko lodiera duten bi elastomero akriliko aurrez luzatutako erabili zituzten. zelula baina ura eta airea zelulara sartzea eragozten du.Elastomero honen erabilerak bateriaren beraren degradazioa murrizten eta bizitza luzatzen laguntzen du [3].
Industriaren eragozpen aipagarrienetako bat ura da.Zelula hauen endekapena hainbat faktorek eragin dezake, baina handiena ura da, edozein teknologiaren etsai arrunta. Gehiegizko hezetasunak eta airearekiko esposizio luzeak eragin negatiboa izan dezake eraginkortasunean. zelula fotovoltaiko organikoen [4].Ordenagailuan edo telefonoan ura saihestu dezakezun arren, kasu gehienetan, ezin duzu arroparekin saihestu. Euria edo garbigailua izan, ura ezinbestekoa da. Hainbat proba egin ondoren. zelula fotovoltaiko organiko askea eta alde biko estalitako zelula fotovoltaiko organikoa, bi zelula fotovoltaiko organikoak uretan murgilduta egon ziren 120 minutuz, ondorioztatu zen zelula fotovoltaiko askearen potentzia izan zen Bihurketa-eraginkortasuna soilik murrizten da. %5,4 %20,8 murriztu ziren zelulak [5].
1. Irudia. Potentzia-bihurketa-eraginkortasun normalizatua murgiltze-denboraren arabera. Grafikoko errore-barrak egitura bakoitzeko hasierako potentzia-bihurtze-eraginkortasunen batez bestekoaren arabera normalizatutako desbideratze estandarra adierazten dute [5].
2. irudiak Nottingham Trent Unibertsitateko beste garapen bat erakusten du, hari batean txerta daitekeen eguzki-zelula miniaturazko bat, eta gero ehun batean ehuntzen dena [2].Produktuan sartzen den bateria bakoitzak erabilera-irizpide batzuk betetzen ditu, hala nola eskakizunak. 3 mm-ko luzera eta 1,5 mm-ko zabalera[2].Unitate bakoitza iragazgaitza den erretxina batekin ijeztuta dago, arropa garbitegian edo eguraldiagatik [2].Bateriak ere erosotasunerako egokituta daude, eta bakoitza batean muntatuta dago. Erabiltzailearen larruazala irteten edo narritatuko ez duen modua. Ikerketa gehiagotan aurkitu zen 5cm^2 oihal zati baten antzeko arropa txiki batean 200 zelula pasatxo izan ditzakeela, 2,5 - 10 voltioko energia ekoizten ahal dela eta. 2000 zelula baino ez daudela ondorioztatu zuen Zelulek telefono adimendunak kargatzeko gai izan behar dute [2].
2. Irudia. 3 mm-ko luzera eta 1,5 mm-ko zabalera duten mikro eguzki-zelulak (Argazkia Nottingham Trent Unibertsitatearen eskutik) [2].
Ehun fotovoltaikoek bi polimero arin eta kostu baxuko fusionatzen dituzte, energia sortzen duten ehunak sortzeko.Bi osagaietako lehenengoa mikro eguzki-zelula bat da, eguzki-argitik energia biltzen duena, eta bigarrena nanosorgailu batek osatzen du, energia mekanikoa elektrizitate bihurtzen duena [ 6].Ehunaren zati fotovoltaikoa polimero-zuntzez osatuta dago, eta, ondoren, manganeso, zink oxido (material fotovoltaiko bat) eta kobre ioduro (karga biltzeko) geruzaz estaltzen dira [6].Zelulak elkarrekin ehuntzen dira. kobrezko hari txiki bat eta jantzian integratua.
Berrikuntza hauen atzean dagoen sekretua gailu fotovoltaiko malguen elektrodo gardenetan dago. Elektrodo eroale gardenak dira zelula fotovoltaikoetan argia sartzen uzten duten osagaietako bat, argia biltzeko abiadura handituz.Indioz dopatutako eztainu oxidoa (ITO) erabiltzen da. elektrodo garden hauek fabrikatzeko, gardentasun idealagatik (>%80) eta xafla erresistentzia onagatik eta ingurumen-egonkortasun bikainagatik erabiltzen dena [7].ITO funtsezkoa da bere osagai guztiak proportzio ia perfektuetan daudelako. lodiera gardentasunarekin eta erresistentziarekin konbinatuta elektrodoen emaitzak maximizatzen ditu [7].Ratioaren gorabeherak negatiboki eragingo die elektrodoei eta, beraz, errendimenduari.Adibidez, elektrodoaren lodiera handitzeak gardentasuna eta erresistentzia murrizten ditu, errendimenduaren degradazioa eraginez. Hala ere, ITO azkar kontsumitzen den baliabide mugatua da. Ikerketa etengabea izan da, lortzen ez duen alternatiba bat aurkitzeko.ITO, baina ITOren errendimendua gainditzea espero da [7].
Oxido eroale gardenekin aldatu diren polimero-substratuek bezalako materialek ospea hazi egin dute orain arte. Zoritxarrez, substratu hauek hauskorrak, zurrunak eta astunak direla frogatu da, eta horrek malgutasuna eta errendimendua asko murrizten ditu [7].Ikertzaileek irtenbide bat eskaintzen dute. zuntz antzeko eguzki-zelula malguak erabiliz elektrodoen ordezko gisa.Zuntz-pila bat elektrodo batek eta bi metalezko hari ezberdinez osatuta dago, bihurritu eta material aktibo batekin konbinatzen direnak elektrodoa ordezkatzeko [7].Eguzki-zelulek itxaropentsu erakutsi dute pisu arina dela eta. , baina arazoa hari metalikoen arteko kontaktu-eremu falta da, eta horrek kontaktu-eremua murrizten du eta, beraz, errendimendu fotovoltaikoa hondatzen du [7].
Ingurumen-faktoreak ere motibatzaile handiak dira ikerketan jarraitzeko. Gaur egun, mundua energia-iturri ez-berriztagarrietan oinarritzen da, hala nola, erregai fosilak, ikatza eta petrolioa. Fokua energia-iturri ez-berriztagarrietatik energia-iturri berriztagarrietara aldatzea, eguzki-energia barne. etorkizunerako beharrezkoa den inbertsioa da.Egunero milioika pertsonak kargatzen dituzte telefonoak, ordenagailuak, ordenagailu eramangarriak, erloju adimentsuak eta gailu elektroniko guztiak, eta gure ehunak gailu hauek kargatzeko bakarrik oinez ibiltzearekin batera, erregai fosilen erabilera murriztu dezake. Horrek badirudi ere. 1 edo 500 pertsonaren eskala txikian hutsala, hamar milioira eskalatzean erregai fosilen erabilera nabarmen murriztu liteke.
Eguzki-zentraletako eguzki-panelek, etxeen gainean jarritakoak barne, energia berriztagarriak erabiltzen eta erregai fosilen erabilera murrizten laguntzen dute, oraindik asko erabiltzen direnak.Amerika.Industriaren arazo nagusietako bat lurrak eskuratzea da. etxalde horiek eraiki. Batez besteko etxe batek eguzki-panel kopuru jakin bat bakarrik onartzen du, eta eguzki-ustiategien kopurua mugatua da. Espazio zabala duten eremuetan, jende gehienak beti zalantzan jartzen du eguzki-zentral berri bat eraikitzeko aukera betirako ixten duelako. eta lurrean dauden beste aukera batzuen potentziala, hala nola negozio berriak. Panel fotovoltaiko flotatzaileen instalazio ugari daude duela gutxi elektrizitate kantitate handiak sor ditzaketenak, eta eguzki-ustiategi flotagarrien onura nagusia kostuak murriztea da [8]. lurra ez da erabiltzen, ez dago etxe eta eraikinen gainean instalazio-kostuez kezkatu beharrik. Gaur egun ezagutzen diren eguzki-ustiategi flotatzaile guztiak ur-masa artifizialetan daude, eta etorkizunean iUstiategi hauek ur-masa naturalen gainean jartzea posible da.Urtegi artifizialek ozeanoan ohikoak ez diren abantaila ugari dituzte [9].Gizakiak egindako urtegiak kudeatzeko errazak dira, eta aurreko azpiegiturekin eta errepideekin, ustiategiak besterik gabe instalatu daitezke.Eguzki-ustiategi flotatzaileak baino produktiboagoak direla frogatu da. lurreko eguzki-ustiategiak uraren eta lurraren arteko tenperatura aldaketen ondorioz [9].Uraren bero espezifiko handia dela eta, lur azaleko tenperatura, oro har, ur-masenena baino altuagoa da, eta tenperatura altuek negatiboki eragiten diotela frogatu da. Eguzki-panelen bihurtze-tasen errendimendua. Tenperaturak panel batek zenbat eguzki-argia jasotzen duen kontrolatzen ez duen arren, eguzki-argitik zenbat energia jasotzen duzun eragiten du. Energia baxuetan (adibidez, tenperatura freskoetan), eguzki-panelaren barruko elektroiak barruan egongo dira. atseden-egoera bat, eta, ondoren, eguzki-argia jotzen duenean, egoera kitzikatu batera iritsiko dira [10]. Atseden-egoeraren eta egoera kitzikatuaren arteko aldea da tentsioan zenbat energia sortzen den.Eguzki-argia ez ezik.Elektroi hauek kitzikatzen ditu, baina berotu ere bai.Eguzki-plakaren inguruko beroak elektroiak dinamizatzen baditu eta kitzikapen baxuko egoeran jartzen baditu, tentsioa ez da horren handia izango eguzki-argiak panela jotzen duenean [10].Lurrak xurgatzen eta igortzen duenez. ura baino errazago berotzen da, lurreko eguzki-panel bateko elektroiak litekeena da egoera kitzikatu handiago batean egotea, eta orduan eguzki-panela freskoago dagoen ur-masa baten gainean edo gertu dago.Ikerketek frogatu zuten hozte-efektuak. Panel flotatzaileen inguruko urak lehorrean baino %12,5 energia gehiago sortzen laguntzen du [9].
Orain arte, eguzki-panelek Amerikako energia-beharren % 1 baino ez dute betetzen, baina eguzki-ustiategi hauek gizakiak egindako ur-biltegien laurdenean landatuko balituzte, eguzki-panelek Amerikako energia-beharren ia % 10 beteko lukete. Coloradon, flotatzen duten lekuetan panelak ahalik eta azkarren sartu ziren, Coloradoko bi ur-biltegi handik ur asko galdu zuten lurrunketaren ondorioz, baina panel flotagarri hauek jarriz, urtegiak lehortzea eragotzi eta elektrizitatea sortu zen [11].Gizakiaren ehuneko bat ere bai. -Eguzki-ustiategiz hornitutako urtegiak nahikoa izango lirateke gutxienez 400 gigawatt elektrizitate sortzeko, nahikoa 44.000 mila milioi LED bonbillak elikatzeko urtebete baino gehiagoz.
4a irudiak eguzki-zelula flotatzaileak emandako potentzia-gehikuntza erakusten du 4b irudiarekin alderatuta. Azken hamarkadan eguzki-ustiategi flotagarri gutxi egon diren arren, oraindik ere diferentzia handia egiten dute energia-sorkuntzan. Etorkizunean, eguzki-ustiategi flotagarrietan ugariago bihurtuz, ekoitzitako energia osoa 2018an 0,5TWtik 2022 amaierarako 1,1TWra hirukoiztu egingo dela esaten da.[12].
Ingurumenari dagokionez, eguzki-ustiategi flotatzaile hauek oso onuragarriak dira zentzu askotan.Erregai fosilekiko mendekotasuna murrizteaz gain, eguzki-ustiategiek uraren gainazalera iristen den aire- eta eguzki-argia ere murrizten dute, eta horrek klima-aldaketari buelta ematen lagundu dezake [9]. haizearen abiadura eta zuzeneko eguzki-argia uraren gainazala gutxienez %10 murrizten duen ustiategiak berotze globalaren hamarkada oso bat konpentsatu dezake [9].Biodibertsitateari eta ekologiari dagokionez, ez dirudi eragin negatibo handirik aurkitzen. Panelek haize handia saihesten dute. ur-gainazaleko jarduera, eta, horrela, ibai ertzeko higadura murriztuz, landaredia babestuz eta suspertuz.[13].Ez dago itsas bizitzari kalterik ote dagoen jakiteko behin betiko emaitzarik, baina Ecocean-ek oskolez betetako bio-txabola bezalako neurriek eragin dute. panel fotovoltaikoen azpian murgilduta egon da itsas bizitzari eusteko.[13].Etengabeko ikerketaren kezka nagusietako bat elika-katean izan daitekeen eragina da azpiegiturak instalatzearen ondorioz.panel fotovoltaikoak ur irekietan gizakiak egindako urtegietan baino. Eguzki-argia gutxiago sartzen den heinean, fotosintesi-abiaduraren murrizketa eragiten du, fitoplankton eta makrofitoen galera masiboa eraginez.Landare hauek murriztearekin, animalien gaineko eragina. elikadura-katean beherago, etab., uretako organismoentzako diru-laguntzak ekartzen ditu [14].Oraindik gertatu ez den arren, horrek ekosistemari kalte potentzial gehiago ekidin dezake, eguzki-ustiategi flotagarrien eragozpen handia.
Eguzkia gure energia-iturririk handiena denez, zaila izan daiteke energia hori aprobetxatzeko eta gure komunitateetan erabiltzeko moduak aurkitzea. Egunero eskuragarri dauden teknologia berriek eta berrikuntzek hori posible egiten dute. Eguzki-energiaz jantzita dauden jantzi asko ez dauden arren. Eguzki-ustiategi flotagarriak erosi edo une honetan bisitatzeko, horrek ez du aldatzen teknologiak ez duela potentzial handirik edo etorkizun oparorik. etxeen gainean eguzki-panelak.Eguzki-zelula eramangarriek bide luzea dute egiteko egunero erabiltzen ditugun arropak bezain ohikoak izan arte.Etorkizunean, eguzki-zelulak eguneroko bizitzan erabiltzea espero da gure artean ezkutatu beharrik gabe. arropa.Datozen hamarkadetan teknologiak aurrera egin ahala, eguzki-industriaren potentziala amaigabea da.
Raj Shah-i buruz Raj Shah doktorea New Yorkeko Koehler Instrument Company-ko zuzendaria da, non 27 urtez lan egin duen. IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSMTC, Institute of bere lankideek hautatutako kidea da. Physics, Institute of Energy Research eta Royal Society of Chemistry.ASTM Eagle Sariaren hartzaileak Shah doktoreak duela gutxi "Fuels and Lubricants Handbook" salduena editatu du, ASTM-ren Long Waited Fuels and Lubricants Eskuliburuan eskuragarri dauden xehetasunak, 2. Edizioa - uztailak 15, 2020 - David Phillips - Petro Industry Albiste artikulua - Petro Online (petro-online.com)
Shah doktorea Ingeniaritza Kimikoan doktorea da Penn State Unibertsitatean eta Chartered School of Management-eko kidea, Londres.Gainera, Kontseilu Zientifikoko Chartered Scientist, Energy Instituteko Chartered Petroleum Engineer eta Erresuma Batuko Ingeniaritza Kontseilua da.Dr.Shah-i duela gutxi Tau beta Pi-k, Estatu Batuetako ingeniaritza-sozietate handienak, Ingeniari Distinguished izendatu zuen. Farmingdale Unibertsitateko (Teknologia Mekanikoa), Auburn Unibertsitateko (Tribologia) eta Stony Brook Unibertsitateko (Ingeniaritza Kimikoa/) Aholku-batzordeetan dago. Materialen Zientzia eta Ingeniaritza).
Raj SUNY Stony Brook-eko Materialen Zientzia eta Ingeniaritza Kimikoko Saileko irakasle osagarria da, 475 artikulu baino gehiago argitaratu ditu eta 3 urte baino gehiago daramatza energiaren arloan aktiboa. Petro Online (petro-online.com) Nazioarteko Fisika Institutuko bekadun gisa hautatua
Mariz Baslious andrea eta Blerim Gashi jauna SUNY-en ingeniaritza kimikoko ikasleak dira, eta Raj Shah doktorea unibertsitateko kanpoko aholku-batzordearen buru da. Mariz eta Blerim Holtzville-n, NY-ko Koehler Instrument, Inc.-en hazten ari den praktika-programa baten parte dira. ikasleak energia alternatiboen teknologien munduari buruz gehiago ezagutzera bultzatzen ditu.
Argitalpenaren ordua: 2022-02-12
