Sivilizatsiya o'sib borar ekan, hayot tarzimizni qo'llab-quvvatlash uchun zarur bo'lgan energiya har kuni ortib bormoqda, bu bizdan quyosh nuri kabi qayta tiklanadigan manbalarimizdan foydalanishning yangi va innovatsion usullarini topishni, jamiyatimiz taraqqiyotini davom ettirishi uchun ko'proq energiya yaratishni talab qiladi.
Quyosh nurlari asrlar davomida sayyoramizda hayotni ta'minlab kelmoqda. hayot tarzimiz kundan-kunga oshib bormoqda, bu bizdan quyosh nuri kabi qayta tiklanadigan manbalarimizdan foydalanishning yangi va innovatsion usullarini topishni, jamiyatimiz taraqqiyotini davom ettirishi uchun ko'proq energiya yaratishni talab qiladi.
Qadimgi dunyoda biz quyosh nuridan 6000 yil avval qurilgan binolarda paydo bo'lgan energiya manbai sifatida quyosh energiyasidan foydalanib, uyni quyosh nuri isitish shakli sifatida ishlaydigan teshiklardan o'tishi uchun yo'naltirish orqali omon qolishga muvaffaq bo'ldik. .Ming yillar o'tgach, misrliklar va yunonlar yozda uylarini quyoshdan himoya qilish orqali salqin saqlash uchun xuddi shu usuldan foydalanganlar [1]. Katta bir oynali derazalar quyoshdan issiqlikni o'tkazishga imkon beradigan, lekin ularni ushlab turadigan quyosh termal derazalari sifatida ishlatiladi. ichidagi issiqlik.Quyosh nuri qadimgi dunyoda ishlab chiqarilgan issiqlik uchun zarur bo'lgan emas, balki u tuz orqali oziq-ovqat mahsulotlarini saqlash va saqlash uchun ham ishlatilgan.Shuzlanishda quyosh zaharli dengiz suvini bug'lantirish va to'plangan tuzni olish uchun ishlatiladi. quyosh hovuzlarida [1].Uygʻonish davrining oxirlarida Leonardo da Vinchi suv isitgichlari sifatida botiq oynali quyosh kontsentratorlarini birinchi boʻlib sanoatda qoʻllashni taklif qildi, keyinroq Leonardo ham mis gazini payvandlash texnologiyasini taklif qildi.er quyosh radiatsiyasidan foydalanish va texnik echimlar to'qimachilik mashinalarini ishlatish imkonini beradi [1]. Tez orada Sanoat inqilobi davrida V. Adams hozir quyosh pechi deb ataladigan narsani yaratdi. Bu pech sakkiz burchakli reflektorni tashkil etuvchi sakkiz simmetrik kumush shisha oynaga ega. Quyosh nuri oynalar yordamida shisha bilan qoplangan yog'och qutiga to'planadi va u erda qozon qo'yiladi va qaynatiladi[1]. Bir necha yuz yil oldinga siljiting va quyosh bug' dvigateli 1882 yilda qurilgan [1]. Abel Pifre konkav oynadan foydalangan 3,5 m diametrli va uni bosmaxonani boshqarish uchun etarli quvvat ishlab chiqaradigan silindrsimon bug 'qozoniga qaratgan.
2004 yilda Ispaniyaning Sevilya shahrida Planta Solar 10 nomli dunyodagi birinchi tijorat konsentrlangan quyosh elektr stansiyasi tashkil etildi. Quyosh nuri taxminan 624 metrli minorada aks etadi, u erda quyosh qabul qiluvchilar bug 'turbinalari va generatorlari bilan o'rnatiladi. Bu energiya ishlab chiqarishga qodir. 5500 dan ortiq uyni elektr energiyasi bilan taʼminlashga imkon berdi. Deyarli oʻn yil oʻtib, 2014-yilda AQShning Kaliforniya shtatida dunyodagi eng yirik quyosh elektr stansiyasi ochildi. Zavod 300 000 dan ortiq boshqariladigan koʻzgulardan foydalandi va taxminan 140 000 uyni quvvatlantirish uchun 377 megavatt elektr energiyasi ishlab chiqarish imkonini berdi [ 1].
Nafaqat zavodlar qurilmoqda va foydalanilmoqda, balki chakana savdo do'konlaridagi iste'molchilar ham yangi texnologiyalarni yaratmoqdalar.Quyosh panellari o'z debyutini qildi va hatto quyosh energiyasida ishlaydigan avtomobillar ham paydo bo'ldi, lekin hali e'lon qilinmagan so'nggi ishlanmalardan biri yangi quyosh- quvvatlanadigan taqiladigan texnologiya.USB ulanishi yoki boshqa qurilmalarni integratsiyalash orqali u kiyimdan manbalar, telefonlar va quloqchinlar kabi qurilmalarga ulanish imkonini beradi, ularni yo‘lda quvvatlantirsa bo‘ladi.Bir necha yil oldin, Rikendagi yapon tadqiqotchilari jamoasi Institut va Torah Industries kiyimlarni kiyimga qizdirib, hujayraga quyosh energiyasini singdirish va undan quvvat manbai sifatida foydalanish imkonini beruvchi yupqa organik quyosh xujayrasi rivojlanishini tasvirlab berdi [2] ].Mikro quyosh xujayralari termal issiqlik bilan ta'minlangan organik fotovoltaik hujayralardir. 120 °C gacha barqarorlik va moslashuvchanlik [2].Tadqiqot guruhi aʼzolari organik fotovoltaik hujayralarni PNTz4T [3] deb nomlangan materialga asosladilar.atrof-muhit barqarorligi va yuqori quvvatni konvertatsiya qilish samaradorligi, keyin hujayraning ikkala tomoni kauchukga o'xshash material bo'lgan elastomer bilan qoplangan [3].Bu jarayonda ular yorug'lik kirishiga imkon beruvchi ikkita oldindan cho'zilgan 500 mikron qalinlikdagi akril elastomerlardan foydalanganlar. hujayraga suv va havo kirishiga to'sqinlik qiladi, lekin bu elastomerdan foydalanish batareyaning o'zi degradatsiyasini kamaytirishga va uning ishlash muddatini uzaytirishga yordam beradi [3].
Sanoatning eng ko'zga ko'ringan kamchiliklaridan biri suvdir.Ushbu hujayralarning degeneratsiyasiga turli omillar sabab bo'lishi mumkin, lekin eng kattasi har qanday texnologiyaning umumiy dushmani bo'lgan suvdir.Har qanday ortiqcha namlik va havoga uzoq vaqt ta'sir qilish samaradorlikka salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin. organik fotovoltaik xujayralarning [4].Ko'p hollarda kompyuteringiz yoki telefoningizga suv tushmasligi mumkin bo'lsa-da, kiyimingiz bilan undan qochib bo'lmaydi. Yomg'ir bo'ladimi yoki kir yuvish mashinasi bo'ladimi, suv muqarrar. Turli sinovlardan so'ng mustaqil organik fotovoltaik xujayralar va ikki tomonlama qoplangan organik fotovoltaik hujayralar, ikkala organik fotovoltaik hujayralar 120 daqiqa davomida suvga botirildi, mustaqil organik fotovoltaik hujayraning kuchi faqat konversiya samaradorligini kamaytiradi degan xulosaga keldi. 5,4%. Hujayralar 20,8% ga kamaydi [5].
Shakl 1. Suvga cho'mish vaqtiga bog'liq bo'lgan normallashtirilgan quvvatni o'zgartirish samaradorligi. Grafikdagi xato chiziqlar har bir strukturadagi dastlabki quvvatni o'zgartirish samaradorligining o'rtacha qiymati bilan normallashtirilgan standart og'ishni ifodalaydi [5].
2-rasmda Nottingem Trent universitetidagi yana bir ishlanma tasvirlangan, u ipga solingan, keyinchalik toʻqimachilikka toʻqiladigan miniatyura quyosh batareyasi [2].Mahsulotga kiritilgan har bir akkumulyator foydalanish uchun maʼlum mezonlarga javob beradi, masalan: Uzunligi 3 mm va kengligi 1,5 mm[2]. Har bir jihoz kir yuvish xonasida yoki ob-havo sharoiti tufayli kir yuvish imkonini berish uchun suv o'tkazmaydigan qatron bilan laminatlangan [2]. Batareyalar ham qulaylik uchun moslashtirilgan va har bir qurilmaga o'rnatiladi. Qo'shimcha tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, matoning 5 sm ^ 2 qismiga o'xshash kichik kiyimda 200 dan ortiq hujayra bo'lishi mumkin, ideal holda 2,5 - 10 volt energiya ishlab chiqaradi va 2000 ta hujayra bor, degan xulosaga keldik, hujayralar smartfonlarni quvvatlay olishi kerak [2].
2-rasm. Uzunligi 3 mm va eni 1,5 mm bo'lgan mikro quyosh batareyalari (Nottingem Trent universitetidan olingan fotosurat) [2].
Fotovoltaik matolar energiya ishlab chiqaruvchi to'qimachilik mahsulotlarini yaratish uchun ikkita engil va arzon polimerlarni birlashtiradi. Ikki komponentdan birinchisi quyosh nuridan energiya yig'adigan mikro quyosh batareyasi, ikkinchisi esa mexanik energiyani elektr energiyasiga aylantiruvchi nanogeneratordan iborat [ 6].Matoning fotovoltaik qismi polimer tolalardan iborat bo'lib, ular keyinchalik marganets, rux oksidi (fotovoltaik material) va mis yodid (zaryad yig'ish uchun) qatlamlari bilan qoplangan [6]. Keyin hujayralar bilan birga to'qiladi. kichkina mis sim va kiyimga birlashtirilgan.
Bu innovatsiyalarning siri egiluvchan fotovoltaik qurilmalarning shaffof elektrodlarida yotadi.Shaffof o‘tkazuvchi elektrodlar fotovoltaik hujayralardagi komponentlardan biri bo‘lib, yorug‘likning hujayra ichiga kirib borishini ta’minlaydi va yorug‘lik yig‘ish tezligini oshiradi.Indiy qo‘shilgan qalay oksidi (ITO) ishlatiladi. bu shaffof elektrodlarni ishlab chiqarish uchun, bu uning ideal shaffofligi (>80%) va yaxshi qatlam qarshiligi hamda mukammal ekologik barqarorligi uchun ishlatiladi [7]. ITO juda muhim, chunki uning barcha komponentlari deyarli mukammal nisbatlarda. shaffoflik va qarshilik bilan birlashtirilgan qalinligi elektrodlarning natijalarini maksimal darajada oshiradi [7].Nisobdagi har qanday tebranish elektrodlarga va shuning uchun ishlashga salbiy ta'sir qiladi.Masalan, elektrod qalinligini oshirish shaffoflik va qarshilikni pasaytiradi, bu esa ishlashning pasayishiga olib keladi. Biroq, ITO tez iste'mol qilinadigan cheklangan resursdir. Tadqiqotlar nafaqat natijaga erishadigan muqobil topish uchun davom etmoqda.ITO, lekin ITO ko'rsatkichlaridan oshib ketishi kutilmoqda [7].
Shaffof o'tkazuvchan oksidlar bilan modifikatsiyalangan polimer substratlar kabi materiallar hozirgacha mashhur bo'lib ketdi.Afsuski, bu substratlar mo'rt, qattiq va og'ir bo'lib ko'rsatildi, bu esa egiluvchanlik va ish faoliyatini sezilarli darajada kamaytiradi [7].Tadqiqotchilar yechim taklif qiladilar. egiluvchan tolaga o'xshash quyosh xujayralarini elektrodlarni almashtirish sifatida ishlatish.Tolali batareya elektrod va elektrodni almashtirish uchun faol material bilan birlashtirilgan ikkita alohida metall simlardan iborat [7].Quyosh xujayralari engil vazni tufayli va'da berdi. , lekin muammo metall simlar orasidagi aloqa maydonining yo'qligi bo'lib, bu aloqa maydonini kamaytiradi va shu bilan fotovoltaik ish faoliyatini yomonlashtiradi [7].
Atrof-muhit omillari ham izlanishlarni davom ettirish uchun katta turtki hisoblanadi. Hozirgi vaqtda dunyo qayta tiklanmaydigan energiya manbalariga, masalan, qazib olinadigan yoqilg'i, ko'mir va neftga tayanadi. Qayta tiklanmaydigan energiya manbalaridan qayta tiklanadigan energiya manbalariga, jumladan quyosh energiyasiga e'tibor qaratish, Bu kelajak uchun zarur sarmoyadir. Har kuni millionlab odamlar o'z telefonlari, kompyuterlari, noutbuklari, aqlli soatlari va barcha elektron qurilmalarini zaryad qiladilar va bu qurilmalarni faqat yurish orqali quvvatlantirish uchun matolarimizdan foydalanish fotoalbom yoqilg'ilardan foydalanishimizni kamaytirishi mumkin. Bu shunday tuyulishi mumkin. 1 yoki hatto 500 kishilik kichik miqyosda ahamiyatsiz bo'lib, o'nlab millionlarga yetkazilsa, qazib olinadigan yoqilg'idan foydalanishimizni sezilarli darajada kamaytirishi mumkin.
Quyosh elektr stansiyalaridagi quyosh panellari, shu jumladan, uylarning tepasiga o'rnatilgan quyosh panellari qayta tiklanadigan energiyadan foydalanishga yordam berishi va qazib olinadigan yoqilg'ilardan foydalanishni kamaytirishi ma'lum, ular hali ham ko'p qo'llaniladi.Amerika.Sanoatning asosiy muammolaridan biri bu yer olishdir. bu fermalarni quring.O'rtacha uy xo'jaligi faqat ma'lum miqdordagi quyosh panellarini qo'llab-quvvatlay oladi va quyosh fermalari soni cheklangan. Keng maydonga ega bo'lgan hududlarda ko'pchilik har doim yangi quyosh elektr stansiyasini qurishga ikkilanadi, chunki u imkoniyatni butunlay yopadi. va yangi korxonalar kabi yerdagi boshqa imkoniyatlarning salohiyati. So'nggi paytlarda katta miqdorda elektr energiyasi ishlab chiqaradigan ko'plab suzuvchi fotovoltaik panel qurilmalari mavjud va suzuvchi quyosh fermalarining asosiy foydasi xarajatlarni kamaytirishdir [8]. yer ishlatilmaydi, uylar va binolar tepasida o'rnatish xarajatlari haqida tashvishlanishning hojati yo'q. Hozirda ma'lum bo'lgan barcha suzuvchi quyosh fermalari sun'iy suv havzalarida joylashgan va kelajakda u iBu fermalarni tabiiy suv havzalariga joylashtirish mumkin.Sun'iy suv havzalari okeanda keng tarqalgan bo'lmagan ko'plab afzalliklarga ega [9].Texnogen suv omborlarini boshqarish oson va oldingi infratuzilma va yo'llar bilan fermalarni oddiygina o'rnatish mumkin.Suzib yuruvchi quyosh fermalari ham ko'proq samaraliroq ekanligi isbotlangan. suv va er oʻrtasidagi harorat oʻzgarishi tufayli quruqlikka asoslangan quyosh fermalari [9].Suvning yuqori oʻziga xos issiqligi tufayli quruqlikning sirt harorati odatda suv havzalarinikidan yuqori boʻladi va yuqori haroratlar suvga salbiy taʼsir koʻrsatishi koʻrsatilgan. Quyosh panelini konvertatsiya qilish stavkalarining ishlashi. Harorat panel qancha quyosh nuri olishini nazorat qilmasa-da, bu sizning quyosh nuridan qancha energiya olishingizga ta'sir qiladi. Past energiyalarda (ya'ni, sovuqroq haroratlarda) quyosh paneli ichidagi elektronlar ichida bo'ladi. dam olish holatiga, so'ngra quyosh nuri tushganda, ular hayajonlangan holatga keladi [10]. Tinch holat va hayajonlangan holat o'rtasidagi farq kuchlanishda qancha energiya hosil bo'lishidir.ht bu elektronlarni qo'zg'atadi, lekin isitish ham mumkin.Agar quyosh paneli atrofidagi issiqlik elektronlarni energiya bilan ta'minlasa va ularni past qo'zg'aluvchan holatga keltirsa, quyosh nuri panelga tushganda kuchlanish unchalik katta bo'lmaydi [10]. Chunki quruqlik shimib oladi va chiqaradi. suvga qaraganda osonroq qizdirilsa, quruqlikdagi quyosh panelidagi elektronlar yuqori qo'zg'aluvchan holatda bo'lishi mumkin, keyin esa quyosh paneli sovuqroq bo'lgan suv havzasida yoki uning yonida joylashgan. Keyingi tadqiqotlar sovutish effekti ekanligini isbotladi. suzuvchi panellar atrofidagi suv quruqlikka qaraganda 12,5% ko'proq energiya ishlab chiqarishga yordam beradi [9].
Hozirgacha quyosh panellari Amerikaning energiyaga bo'lgan ehtiyojining atigi 1 foizini qondiradi, ammo agar bu quyosh fermalari texnogen suv havzalarining to'rtdan bir qismiga qadar ekilgan bo'lsa, quyosh panellari Amerikaning energiya ehtiyojlarining deyarli 10 foizini qondirar edi. panellar imkon qadar tezroq joriy etildi, Koloradodagi ikkita yirik suv ombori bug'lanish tufayli juda ko'p suv yo'qotdi, ammo bu suzuvchi panellarni o'rnatish orqali suv omborlari qurib ketishining oldi olindi va elektr energiyasi ishlab chiqarildi [11]. Insonning hatto bir foizi ham. -Quyosh fermalari bilan jihozlangan suv omborlari kamida 400 gigavatt elektr energiyasi ishlab chiqarishga, bir yildan ortiq vaqt davomida 44 milliard LED lampochkani quvvatlantirishga yetadi.
Shakl 4a 4b-rasmga nisbatan suzuvchi quyosh xujayrasi tomonidan taqdim etilgan quvvatni oshirishni ko'rsatadi. So'nggi o'n yil ichida suzuvchi quyosh fermalari kam bo'lgan bo'lsa-da, ular hali ham energiya ishlab chiqarishda juda katta farq qiladi. Kelajakda, suzuvchi quyosh fermalari qachon. yanada ko'payib borsa, ishlab chiqarilgan jami energiya 2018 yildagi 0,5 TVtdan 2022 yil oxiriga kelib 1,1 TVtgacha uch baravar oshishi aytiladi.[12].
Atrof-muhit nuqtai nazaridan, bu suzuvchi quyosh fermalari ko'p jihatdan juda foydali. Quyosh fermalari qazib olinadigan yoqilg'iga bo'lgan ishonchni kamaytirishdan tashqari, suv yuzasiga yetib boruvchi havo va quyosh nuri miqdorini ham kamaytiradi, bu esa iqlim o'zgarishiga teskari yordam berishi mumkin [9]. Shamol tezligini va suv yuzasiga toʻgʻridan-toʻgʻri quyosh nuri tushishini kamida 10% ga kamaytiradigan ferma global isishning toʻliq oʻn yilligini qoplashi mumkin [9]. Biologik xilma-xillik va ekologiya nuqtai nazaridan, katta salbiy taʼsirlar topilmagan koʻrinadi. Panellar kuchli shamolning oldini oladi. suv yuzasidagi faollik, shu bilan daryo qirg'og'idagi eroziyani kamaytiradi, o'simliklarni himoya qiladi va rag'batlantiradi.[13].Dengiz hayotiga ta'sir qiladimi yoki yo'qligi haqida aniq natijalar yo'q, ammo Ecocean tomonidan yaratilgan qobiq bilan to'ldirilgan bio-kulba kabi choralar ko'rilgan. Dengiz hayotini potentsial qo'llab-quvvatlash uchun fotovoltaik panellar ostida suv ostida qolgan.[13]. Davom etayotgan tadqiqotlarning asosiy tashvishlaridan biri bu infratuzilmani o'rnatish tufayli oziq-ovqat zanjiriga potentsial ta'sir qilishdir.texnogen suv havzalarida emas, ochiq suvda fotovoltaik panellar.Suvlarga quyosh nuri kamroq kirsa, bu fotosintez tezligining pasayishiga olib keladi, natijada fitoplankton va makrofitlarning katta yo'qotilishiga olib keladi.Bu o'simliklarning kamayishi bilan hayvonlarga ta'sir qiladi. oziq-ovqat zanjirining pastligi va boshqalar, suvda yashovchi organizmlar uchun subsidiyalarga olib keladi [14]. Garchi bu hali sodir bo'lmagan bo'lsa-da, bu ekotizimga keyingi potentsial zararni oldini oladi, bu suzuvchi quyosh fermalarining asosiy kamchiliklari.
Quyosh bizning eng katta energiya manbamiz ekan, bu energiyadan foydalanish yo‘llarini topish va uni jamoalarimizda qo‘llash qiyin bo‘lishi mumkin. Har kuni mavjud bo‘lgan yangi texnologiyalar va innovatsiyalar bunga imkon beradi. sotib olish yoki hozir tashrif buyurish uchun suzuvchi quyosh fermalari, bu texnologiyaning katta salohiyatga yoki yorqin kelajakka ega emasligini o'zgartirmaydi. Suzuvchi quyosh xujayralari yovvoyi tabiat nuqtai nazaridan keng tarqalgan bo'lishi uchun uzoq yo'lni bosib o'tadi. uylarning tepasida quyosh panellari. Kiyiladigan quyosh xujayralari har kuni kiyadigan kiyimlarimiz kabi keng tarqalgan bo'lishidan oldin uzoq yo'lni bosib o'tish kerak. kiyim.Kelgusi o'n yilliklarda texnologiya rivojlanishi bilan quyosh sanoatining salohiyati cheksizdir.
Raj Shah haqida Doktor Raj Shah Nyu-Yorkdagi Koehler Instrument kompaniyasi direktori bo'lib, u erda 27 yil ishlagan. U IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSMTC, Institute Institutidagi hamkasblari tomonidan saylangan hamkasbdir. Fizika, Energetika tadqiqotlari instituti va Qirollik kimyo jamiyati. ASTM Eagle mukofoti sovrindori doktor Shah yaqinda eng koʻp sotilgan “Yoqilgʻi va moylash materiallari boʻyicha qoʻllanma”ni birgalikda tahrir qildi, bu haqda batafsil maʼlumot ASTMning uzoq kutilgan yoqilgʻi va moylash materiallari qoʻllanmasi, 2-nashr – 15-iyul, 2020 yil – Devid Fillips – Petro sanoati yangiliklari maqolasi – Petro Online (petro-online.com)
Doktor Shah Penn State universitetida kimyo muhandisligi boʻyicha PhD darajasiga ega va Londondagi Chartered Menejment maktabi aʼzosi.U, shuningdek, Ilmiy kengashning malakali olimi, Energetika instituti va Buyuk Britaniya muhandislik kengashining ustavli neft muhandisi.Dr.Shoh yaqinda Qo'shma Shtatlardagi eng yirik muhandislik jamiyati Tau beta Pi tomonidan "Hurmatli muhandis" unvoniga sazovor bo'ldi. U Farmingdeyl universiteti (mexanik texnologiya), Obern universiteti (tribologiya) va Stony Bruk universiteti (kimyoviy muhandislik/) maslahat kengashlarida a'zo. Materialshunoslik va muhandislik).
Raj SUNY Stony Brukning Materialshunoslik va kimyo muhandisligi kafedrasi yordamchi professori, 475 dan ortiq maqolalarni nashr etgan va 3 yildan ortiq energetika sohasida faol. Raj haqida qoʻshimcha maʼlumotni Koehler Instrument Company direktoridan olishingiz mumkin Petro Online Xalqaro Fizika Instituti ilmiy xodimi sifatida saylangan (petro-online.com)
Mariz Baslious xonim va janob Blerim Gashi SUNYda kimyo muhandisligi talabalari, doktor Raj Shah universitetning tashqi maslahat kengashiga raislik qiladilar. talabalarni muqobil energiya texnologiyalari dunyosi haqida ko'proq bilishga undaydi.
Yuborilgan vaqt: 2022-yil 12-fevral
