ایسکانیوز از موفقیت بزرگ تبدیل گرما به برق گزارش می‌دهد؛

پروژه ناممکن سلول های خورشیدی

یکشنبه 30 تیر 1398 - 08:00
کد مطلب: 1021724
سلول های خورشیدی

تاکنون در جهان تبدیل مستقیم برق به گرما و استفاده از آن در مصارف خانگی و صنعتی امری آسان و متداول بوده است؛ اما آیا تاکنون به این فکر افتاده‌اید که بتوان از روند برعکس آن نیز استفاده برده و از گرما، برق تولید کرد؟ سوالی جالب که در مطلب زیر کاملا به آن پاسخ داده شده است.

به گزارش گروه علم و فناوری ایسکانیوز، تاکنون تبدیل مستقیم برق به گرما و استفاده از آن در مصارف خانگی و صنعتی در جهان آسان و متداول بوده است؛ اما برعکس این جریان یعنی تبدیل گرما به برق چندان امر آسانی نیست.

محققان دانشگاه «رایس» به‌دنبال یافتن راهکاری برای حل این مسئله، دست به تحقیقاتی زدند که نتیجه آن اختراع دستگاهی مفید برای هدر نرفتن انرژی‌های گرمایی شده است. این محققان اعلام کردند که «آرایه های نانولوله های کربنی تک دیواره تراز» می توانند گرمایی که از سیستم های انرژی خورشیدی هدر می رود را کانالیزه کرده و از آن در جهت ارتقای کارایی مفید این سیستم ها بهره‌برداری کنند.

اختراع جدید این محققان یک فرستنده حرارتی هذلولی است که می تواند گرمای شدید را جذب کند؛ گرمایی که تاکنون به جو منتقل می شده و تاثیر بدی روی گرمای آب و هوایی دارد.

این سیستم، گرمای اضافی تولید شده را به مجرایی با پهنای باند باریک می کشاند و با وجودی که انرژی آن از جنس نور است، گرما را به برق تبدیل می‌کند. روشی ساده برای ساخت نانولوله‌های بسته‌بندی شده که اندازه‌ای نازک در مقیاس ویفر دارد.

گرمایی که هدر می‌رود

«گوروراج نائیک» استادیار برق و مهندس کامپیوتر و سرتیم تحقیقاتی این پروژه در توضیح این پروژه می‌گوید: فوتون‌های حرارتی‌، فوتون هایی هستند که تنها از طریق انتشار نور از یک بدنه گرم منتشر می‌شوند. اگر شما از طریق یک دوربین مادون قرمز به شی داغی نگاه کنید، می‌توانید درخشش آن را بینید. این دوربین‌ها فوتون هایی را که از گرما هیجانی شده‌اند، دریافت می‌کنند.

تابش مادون قرمز جزئی از نور خورشید است که گرما را به سیاره زمین می‌فرستد؛ اما تنها بخش کوچکی از آن طیف، الکترومغناطیسی است.

به گفته وی هر سطح داغی می‌تواند نور را به شکل تابش‌های حرارتی منتشر کند. مشکل این جاست که تابش حرارتی در یک باند پهن انجام می شود، در حالی که تبدیل نور به برق هنگامی کارآمد است که فقط در یک باند باریک انتشار یافته باشد. حال چالش این ماجرا اینجاست که چگونه می‌توان فوتون‌های باند پهن را در یک باند باریک فشرده کرد.

نائیک می گوید: نکته مثبت در اینجا نهفته بود که فیلم های نانولوله ای فرصتی برای جداسازی فوتون های مادون قرمز به دست می دادند که اگر از آن استفاده نمی شد تمام انرژی گرمایی به هدر می‌رفت.

تحقیق دیگری که توسط «کلوئه دویرون» استادیار دانشگاه رایس انجام شد نیز نشان می داد که حدود 20 درصد از انرژی که در صنایع استفاده می شود به شکل انرژی گرمایی هدر می رود که این میزان تنها به اندازه مصرف سه سال برق فقط برای ایالت تگزاس است. انرژی زیادی که تاکنون از دست رفته و تجدیدناپذیر خواهد بود.

معجزه نانولوله‌های کربنی

بنا به نظر دانشمندان کارآمدترین روش برای تبدیل حرارت به برق در حال حاضر، استفاده از توربین‌های بخار است که برای راه‌اندازی به آب یا هر مایع دیگری احتیاج دارند.

نائیک در این رابطه می گوید: این توربین ها تقریبا می توانند تا 50درصد بازده تبدیل مفید داشته باشند. هیچ چیز دیگری نمی تواند تا این اندازه ما را به این هدف نزدیک کند؛ اما باید این را در نظر داشت که پیاده سازی این سیستم ها چندان هم آسان نیست.

فیلم های نانولوله هم‌تراز شده، مجراهایی هستند که گرما را جذب و آن را به فوتون هایی با پهنای باند محدود تبدیل می کنند. از آنجا که الکترون ها در نانولوله ها تنها می توانند در یک جهت حرکت کنند، فیلم های هم تراز فلزی هستند تا آنها در جهت عمود بر عایق حرکت کنند، اثری که نائیک از آن به نام پراکندگی هذلولی یاد می کند؛ البته فوتون های حرارتی از هر جهتی می توانند به فیلم ضربه بزنند اما تنها از یک طریق قادر به ترک مجرا خواهند بود.

نائیک می گوید: به جای این که گرما به صورت مستقیم از برق تبدیل شود، ما آن را ابتدا به نور و سپس به برق تبدیل می کنیم. هرچند همیشه چنین به نظر می رسد که دو مرحله کارآمد‌تر از سه مرحله باشد؛ اما در اینجا این مورد چندان صدق نمی کند.

افزودن منتشرکننده ها به سلول های خورشیدی استاندارد می تواند کارایی آنها را تا 22 درصد افزایش دهد. با فشردن تمامی انرژی هدر رفته در یک منطقه طیفی کوچک، می توانیم آن را به برق بسیار کارآمدی تبدیل کنیم. پیش بینی نظری که می توان کارایی آن را تا 80 درصد تضمین کرد.

فیلم های نانوتویوب از آن جهت برای این پروژه مناسب هستند که تا درجه حرارت حدود 1700 درجه سانتیگراد (3،092 درجه فارنهایت) تحمل گرما دارند.

تیم نائیک دستگاه هایی ساخت که تا 700 درجه سانتیگراد (1.292 F) را تحمل کرد و توانست تاییدی بر خروجی باند باریک آنها باشد. تیم برای ساخت آنها، آرایه های گروهی از حفره های مقیاس سابمیکرون را به فیلم های اندازه تراشه طراحی کردند.

نائیک می گوید: مجموعه ای از چنین رزوناتورهایی وجود دارد و هر یک از آنها فوتون های حرارتی را تنها از این پنجره طیفی باریک منتشر می کند. ما قصد داریم با استفاده از یک سلول فوتوولتائیک آنها را جمع آوری و به انرژی تبدیل کنیم تا نشان دهیم که این روش تا چه اندازه کارایی بالایی خواهد داشت.

نائیک و همکارانش امیدوارند که بتوانند کار را با استفاده از یک سیستم جمع و جور که اجزای آن متحرک نباشد، ساده‌تر کنند. روی این پروژه که از سال 2016 تاکنون در دستور کار دانشگاه رایس بوده است، برنامه علوم پایه انرژی از وزارت انرژی ایالات متحده، «بنیاد ملی علوم» و «بنیاد رابرت وولچ» نیز همکاری داشته و از آن حمایت کرده اند.

نتیجه‌گیری

صنعت سلول‌های خورشیدی در دنیا به شدت در حال پیشرفت است و با توجه به وضعیت اقلیمی و آب‌وهوایی که در ایران وجود دارد و با عنایت به این که از لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در جهان در بالاترین رده‌ها قرار داریم، محققان و مسئولان کشور نباید از کنار چنین فرصت‌ها و تحقیقاتی به آسانی گذر کرده و در زمینه استفاده از این تکنولوژی از سایر کشورهای جهان عقب بمانند.

از سوی دیگر با توجه به این که ایران در مصرف برق خانگی از میزان متوسط جهانی نیز پیشی گرفته و دولت یارانه قابل توجهی را برای آن پرداخت می کند، به نظر می رسد تمرکز بر چنین طرح هایی راه حل مناسب و به‌صرفه‌ای برای گره گشایی از مسئله بغرنج انرژی باشد.

انتهای پیام/

159 / 159

نظرات

1- لطفا نظرات خود را با حروف فارسی تایپ کنید.
2- نظرات حاوی مطالب توهین‌آمیز یا بی‌احترامی به اشخاص، قومیت‌ها، عقاید دیگران و مغایر با قوانین کشور منتشر نمی‌شود.
3- نظرات پس از تایید منتشر می‌شود.

ایسکاTV

اخبار پر بازدید

آخرین اخبار