تلاش براي استفاده از فناورينانو جهت توليد انرژي پاک
|
در حال حاضر اقتصاد جهان وابسته به منابع سوخت فسيلي
است که اين منابع پيامدهاي نامطلوبي بر محيط زيستدارند. استفاده از
راهوحلهاي انرژي پاک از نيازهاي اجتماعي، اقتصادي و سياسي اصلي کشورهاي
مختلف دنيا است. |
سلهاي فتوولتائيک خود ترميمشونده
| محققان مؤسسهي فناوري ماساچوست، موفق به
توليد اولين پيلفتوولتائيک سنتزي با قابليت خود ترميمشوندگي شدند. اين سلها
از پروتئينهاي جذبکنندهي نور، نانولولهها و چربي ساخته شدهاند و
قابليت ترميم خود را از گياهاني الهام گرفتهاند که در طبيعت انرژي خورشيد
را گرفته و در طول فتوسنتز آن را تبديل به انرژي ميکنند. اين دستگاه قادر
است تا 40 درصد از نور خورشيدي را به انرژي تبديل کند که اين رقم 2 برابر
پيلهاي فتوولتائيک موجود در بازار است. در طول فرايند فتوسنتز، گياهان تابش خورشيد را جذب و آن را به انرژي تبديل ميکنند. دانشمندان سعي داشتهاند تا با تقليد از اين فرايند، آن را با مواد سنتزي انجام دهند؛ اما اين کار با دشواريهايي همراه است زيرا نور خورشيد بهتدريج روي اجزاي پيل تأثير گذاشته، به آنها آسيب ميزند. مواد طبيعي که فتوسنتز ميکنند براي حل اين مشکل راه حلي دارند؛ آنها با استفاده از يک سيستم خود ترميمشونده مواد پروتئيني آسيبديده را تجزيه کرده، آنها را از نو ميسازند. با اين کار سيستم ميتواند بدون وقفه کار کرده و مولکولهاي مورد استفاده در سيستم بهصورت دائمي تجديد شوند. در واقع اين سيستم هميشه همانند يک سيستم نو کار ميکند. |
|
| مايکل استرانو و همکارانش از مؤسسهي MIT
براي اولين بار موفق به تقليد اين فرايند شده و کمپلکس خودآراي جديدي را
ساختهاند که نور را به الکتريسيته تبديل ميکند. اين مولکول ميتواند بهصورت
متناوب شکسته و پس از افزودن مقداري سورفاکتانت دوباره ساخته شود. محققان
دريافتهاند که با افزودن و حذف سورفاکتانت، فرايند شکسته و ساخته شدن بهصورت
چرخشي انجام ميشود؛ البته بايد در نظر داشت که تنها در حالت اسمبلشدهي
مولکول، فرايند فتوسنتز انجام ميگردد. اين کمپلکس از يک پروتئين جذبکنندهي نور، نانولولههاي تکجداره و چربي ديسکيشکل ساخته شدهاست. پروتئين اين کمپلکس از باکتري سبزي به نام Rhodobacter sphaeroides به دست آمدهاست و داراي يک مرکز واکنش نوري است که درون يک چربي قرار دارد. اين مرکز با قرار گرفتن در معرض نور، ميتواند آن را به يک جفت الکترون- حفره تبديل کند. نانولوله بهعنوان سيم عمل کرده، موجب حرکت الکترونها ميگردد، همچنين نانولولهها موجب قرار گرفتن چربيها در رديف منظمي ميشوند که اين مسئله باعث يکنواخت شدن تابش پرتو خورشيد بر مراکز واکنش ميشود. |
افزایش راندمان سلولهای خورشیدی با نانوذرات نقره
| http://www.myup.ir/images/9ijga0r5x1dlukn1g19a.jpg پروفسور پاول برگر یکی از محققان دانشگاه اوهایو، به همراه تیم تحقیقاتی خود، میزان نور جذبشده در پلیمر سلولهای خورشیدى را در حضور و عدم حضور نانوذرات نقره اندازه گیری نمودند. نتایج حاصله اینگونه حاکی از آن بود که در پلیمرهایی که حاوی نقره نبودند حدود 6.2 میلىآمپر بر سانتىمترمربع برق تولید شده بود، در حالى که در نمونههاى حاوى نانو ذرات نقره این رقم حدود 7 میلىآمپر بر سانتىمترمربع است. به عقیدهى پروفسور برگر، این پژوهش فناورى استفاده از سلولهای خورشیدى را یک گام به تجارىسازى نزدیکتر مى سازد. در حال حاضر جذب نور در سلولهای خورشید به اندازه کافى نیست. یکى از راههاى افزایش بازده، بالا بردن محدوده طول موج جذبى در این پلیمرهاست. در این روش، نانوذرات نقره درون لایه نازکى از پلیمر گنجانده مىشوند. این لایه نازک پلیمرى هم مانع چسبیدن نانوذرات مىشود و هم منجر به تشکیل الگویى مىشود که جذب نور خورشید را افزایش مىدهد. با تغییر پوشش آلى به کار رفته در این سلولها فاصله میان ذرات و اندازه ذرات تغییر مىکند. با ایجاد تغییراتى در الگوى موجود در پلیمر، مىتوان جذب نور را در طول موجهاى مختلف افزایش داد که این کار به بهبود کارائی سلولهای خورشیدى کمک شایانى مى نماید. در مجموع با این کار 12 درصد به میزان برق تولیدی افزوده مىشود؛ |
 |
انرژی فتوولتاییک |
3 - مصرف کننده یا بار الکتریکی ، کلیه مصرف کنندگان الکتریکی اعم از مصارف برق مستقیم (AC,DC) را متناسب با میزان مصرف شامل می گردد.
برم هوکس و همکارانش در دانشگاه فن آوری آیندهون همراه با موسسه فرانهوفر در آلمان بازدهی نوع مهمی از سلول های خورشیدی را از 21.9 درصد به 23.2 درصد افزایش دادند (افزایش نسبی 6 در صدی). این رکورد جهانی چهارشنبه 14 می در کنفرانس بزرگ انرژی خورشیدی سان دیگو اعلام شد.افزایش بیش از یک درصدی بازدهی ممکن است در ابتدا درخشندگی ظاهری را کاهش دهد اما سازندگان سلول های خورشیدی را قادر می سازد تا به طرز چشمگیری کارایی محصولات خود را افزایش دهند. این بدین خاطر است که بازدهی بالاتر، یک روش موثر در کاهش قیمت انرژی خورشیدی است. انتظار می رود هزینه به کارگیری لایه نازک اکسید آلومینیم نسبتاً کم باشد. این به معنای کاهش مهم در هزینه تولید برق خورشیدی است.
هوکس با استفاده از یک لایه بسیار نازک اکسید آلومینیم (حدود 30 نانومتر) در جلوی سلول خورشیدی سیلیکونی کریستالی توانست به افزایش بازدهی دست یابد. این لایه بطور بی سابقه بارهای منفی سطح بالایی دارد که با استفاده از آن تلفات انرژی در سطح تقریباً از بین می رود. از تمام نور خورشیدی که به این سلول ها می رسد، 23.2 درصد به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. سابقاً این مقدار 21.9 درصد بود که این یعنی افزایش 6 درصدی در شرایط نسبی.
هوکس با این پروژه تحقیقی هفته گذشته دکترای خود را از بخش فیزیک کاربردی TU/e دریافت کرد. او از طرف گروه تحقیقی پردازش مواد و پلاسما (PMP) توسط پروفسور ریچارد ون دِسندن با همکاری پروفسور اروین کسلز حمایت می شد. این گروه متخصص ایجاد لایه های بسیار نازک پلاسما است. شرکت هلندی OTB Solar حامی یکی از این پروسه ها از سال 2001 بوده است که از آن در خط تولید سلول های خورشیدی استفاده می کند. بسیاری از تولید کنندگان سلول خورشیدی در جهان از محصولات تولیدی OTB Solar استفاده می کنند.
این لایه بسیار نازک اکسید آلومینیم توسعه یافته توسط گروه PMP می تواند منجر به یک نوآوری در فن آوری سلول های خورشیدی شود. تعدادی از تولید کنندگان مهم سلول خورشیدی به این امر ابراز علاقه کرده اند.
سلول های خورشیدی سالهاست که به عنوان روشی احتمالی برای حل نسبی مشکل انرژی تلقی می شوند. هر روز خورشید طلوع می کند و سلول های خورشیدی می توانند بدون هیچ هدف مفیدی روی سطوح نصب شوند. انرژی خورشیدی شانس استفاده را به کشورهای در حال توسعه نیز می دهد، کشورهایی که درجه تابش خورشید در آنها بالاست. طی 10 تا 15 سال گذشته انتطار می رود هزینه برق تولیدی توسط سلول های خورشیدی قابل مقایسه با برق تولیدی متداول توسط سوخت های فسیلی باشد.
این پیشرفت فن آوری، استفاده ی صنعتی این نوع سلول های خورشیدی پربازده را نزدیک تر کرده است.
بخشی از پروژه ی تحقیقی هوکس توسط سه وزیر هلند حمایت مالی شده است: وزیر امور اقتصادی، وزیر آموزش، فرهنگ و علوم و وزیر مسکن و محیط زیست.
