문명이 성장함에 따라 우리의 생활 방식을 지원하는 데 필요한 에너지가 매일 증가하므로 우리 사회가 발전을 계속할 수 있도록 더 많은 에너지를 생성하기 위해 햇빛과 같은 재생 가능한 자원을 활용하는 새롭고 혁신적인 방법을 찾아야 합니다.
햇빛은 수세기 동안 우리 행성에 생명을 제공하고 가능하게 했습니다. 직간접적으로 태양은 화석 연료, 수력, 풍력, 바이오매스 등과 같은 거의 모든 알려진 에너지원의 생성을 허용합니다. 문명이 성장함에 따라 지원하는 데 필요한 에너지 우리의 생활 방식은 매일 증가하고 있으며, 우리 사회가 발전을 계속할 수 있도록 더 많은 에너지를 생성하기 위해 햇빛과 같은 재생 가능 자원을 활용하는 새롭고 혁신적인 방법을 찾아야 합니다.
고대 세계로 거슬러 올라가면 우리는 태양광을 에너지원으로 사용하여 6,000년 이상 전에 지어진 건물에서 발생하는 에너지원으로 태양광을 난방의 한 형태로 작용하는 개구부를 통해 통과하도록 주택을 배치함으로써 생존할 수 있었습니다. . 수천 년 후 이집트인과 그리스인은 동일한 기술을 사용하여 여름 동안 태양으로부터 집을 보호하여 집을 시원하게 유지했습니다. [1]. 큰 단일 창은 태양열 창으로 사용되어 태양의 열은 들어오지만 가두어 둡니다. 내부의 열. 햇빛은 고대 세계에서 생성된 열에 필수적일 뿐만 아니라 소금을 통해 음식을 보존하고 보존하는 데에도 사용되었습니다. in solar pools [1]. 후기 르네상스 시대에 Leonardo da Vinci는 온수기로 오목 거울 태양열 집중 장치의 최초의 산업적 응용을 제안했으며 나중에 Leonardo는 또한 용접 copp 기술을 제안했습니다.er 태양 복사를 사용하고 섬유 기계를 작동하는 기술 솔루션을 허용 [1]. 산업 혁명 기간 동안 W. Adams는 현재 태양열 오븐이라고 불리는 것을 만들었습니다. 이 오븐에는 8각형 반사체를 형성하는 8개의 대칭 은색 유리 거울이 있습니다.태양광은 유리로 덮인 나무 상자에 거울에 의해 집중되어 냄비를 놓고 끓일 수 있습니다[1]. 몇 백 년이 지나고 태양열 증기 기관이 1882년경에 만들어졌습니다[1]. Abel Pifre는 오목 거울을 사용했습니다. 3.5 직경이 m이고 인쇄기를 구동하기에 충분한 전력을 생산하는 원통형 증기 보일러에 초점을 맞췄습니다.
2004년에는 스페인 세비야에 Planta Solar 10이라는 세계 최초의 상업용 집중형 태양열 발전소가 설립되었습니다. 태양광은 약 624미터의 타워에 반사되며, 여기에는 증기 터빈과 발전기가 설치된 태양열 수신기가 설치되어 에너지를 생산할 수 있습니다. 거의 10년 후인 2014년에 미국 캘리포니아에 세계 최대의 태양광 발전소가 문을 열었습니다. 이 발전소는 300,000개 이상의 제어 거울을 사용하고 약 140,000가구에 전력을 공급할 377메가와트의 전력을 생산할 수 있었습니다. 1].
공장이 지어지고 사용되고 있을 뿐만 아니라 소매점의 소비자들도 새로운 기술을 만들고 있습니다. 태양광 패널이 데뷔했고 태양광 자동차까지 등장했지만 아직 발표되지 않은 최신 개발 중 하나는 새로운 태양광 발전입니다. Powered Wearable Technology. USB 연결 또는 기타 장치를 통합하여 이동 중에 충전할 수 있는 소스, 전화 및 이어폰과 같은 장치에 의류에서 연결할 수 있습니다. 불과 몇 년 전 Riken의 일본 연구원 팀 Institute와 Torah Industries는 의류에 열을 가해 옷에 인쇄할 수 있는 얇은 유기 태양 전지의 개발에 대해 설명했습니다. 그러면 전지가 태양 에너지를 흡수하여 전원으로 사용할 수 있습니다[2]. 최대 120°C의 안정성과 유연성[2]. 연구 그룹의 구성원은 PNTz4T[3]라는 물질에 기반한 유기 광전지를 기반으로 합니다. PNTz4T는 우수한 환경을 위해 Riken이 이전에 개발한 반도체 폴리머입니다.환경 안정성과 높은 전력 변환 효율을 제공하기 위해 전지의 양면을 고무 같은 물질인 엘라스토머로 덮었습니다[3]. 이 과정에서 그들은 빛이 들어갈 수 있도록 미리 늘어나 있는 500마이크론 두께의 아크릴 엘라스토머 2개를 사용했습니다. 그러나 물과 공기가 셀에 들어가는 것을 방지합니다. 이 엘라스토머를 사용하면 배터리 자체의 열화를 줄이고 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다[3].
업계에서 가장 주목할만한 결점 중 하나는 물입니다. 이러한 세포의 변성은 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있지만 가장 큰 것은 물이며 모든 기술의 공통적입니다. 과도한 수분과 공기에 장기간 노출되면 효율성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 유기태양전지 [4]. 컴퓨터나 휴대폰에 물이 닿는 것은 대부분 피할 수 있지만 옷으로는 피할 수 없습니다. 비가 오나 세탁기가 오나 물은 피할 수 없습니다. 다양한 테스트를 거쳐 독립형 유기 태양 전지와 양면 코팅 유기 태양 전지, 두 유기 태양 전지를 모두 120 분 동안 물에 담그고 독립형 유기 태양 전지의 전력은 변환 효율이 5.4%. 세포가 20.8% 감소했습니다[5].
그림 1. 침지 시간에 따른 정규화된 전력 변환 효율. 그래프의 오차 막대는 각 구조의 초기 전력 변환 효율의 평균으로 정규화된 표준 편차를 나타냅니다[5].
그림 2는 노팅엄 트렌트 대학의 또 다른 개발을 보여줍니다. 이 소형 태양 전지는 원사에 내장되어 직물로 짜여질 수 있습니다[2]. 제품에 포함된 각 배터리는 다음과 같은 특정 사용 기준을 충족합니다. 길이 3mm, 너비 1.5mm[2]. 각 유닛은 방수 수지로 라미네이트되어 세탁실에서 또는 날씨로 인해 세탁물을 세탁할 수 있습니다[2]. 배터리도 편안함을 위해 맞춤 제작되었으며 각 유닛에 장착됩니다. 착용자의 피부가 튀어나오거나 자극을 주지 않는 방식입니다. 추가 연구에서 5cm^2 부분과 유사한 작은 옷 조각에는 200개 이상의 세포가 포함될 수 있으며 이상적으로는 2.5-10볼트의 에너지를 생성하고, 셀은 2000개의 셀만 있으면 스마트폰을 충전할 수 있다고 결론지었습니다[2].
그림 2. 길이 3mm, 너비 1.5mm의 마이크로 태양 전지(사진 제공: Nottingham Trent University) [2].
광전지 직물은 두 개의 가볍고 저렴한 폴리머를 융합하여 에너지 생성 섬유를 만듭니다. 두 가지 구성 요소 중 첫 번째 구성 요소는 햇빛에서 에너지를 수확하는 마이크로 태양 전지이고, 두 번째 구성 요소는 기계적 에너지를 전기로 변환하는 나노발전기로 구성됩니다. 6]. 직물의 광기전 부분은 망간, 아연 산화물(광기전 재료) 및 구리 요오드화물(전하 수집용)의 층으로 코팅된 고분자 섬유로 구성됩니다. 작은 구리선으로 의복에 통합됩니다.
이러한 혁신의 비밀은 유연한 태양광 장치의 투명 전극에 있습니다. 투명 전도성 전극은 태양광 전지의 구성 요소 중 하나로서 빛이 전지에 들어가 집광률을 높입니다. 인듐 도핑된 산화주석(ITO)이 사용됩니다. 이상적인 투명도(>80%)와 우수한 시트 저항 및 우수한 환경 안정성을 위해 사용되는 이러한 투명 전극을 제조하기 위해 [7]. 모든 구성 요소가 거의 완벽한 비율에 있기 때문에 ITO가 중요합니다. 투명도와 저항이 결합된 두께는 전극의 결과를 최대화합니다[7]. 비율의 변동은 전극에 부정적인 영향을 미치므로 성능에 영향을 미칩니다. 예를 들어 전극의 두께를 늘리면 투명도와 저항이 감소하여 성능이 저하됩니다. 그러나 ITO는 빠르게 소모되는 유한한 자원입니다.그러나 ITO[7]의 성능을 능가할 것으로 예상됩니다.
투명 전도성 산화물로 변형된 폴리머 기판과 같은 재료는 지금까지 인기가 높아졌습니다. 불행히도 이러한 기판은 부서지기 쉽고 딱딱하며 무거워 유연성과 성능이 크게 저하되는 것으로 나타났습니다[7]. 연구원들은 다음과 같은 솔루션을 제공합니다. 유연한 섬유와 같은 태양 전지를 전극 교체로 사용합니다. 섬유 배터리는 전극과 전극을 대체하기 위해 활성 물질과 결합된 두 개의 별개의 금속 와이어로 구성되어 있습니다. [7]. 태양 전지는 가벼운 무게로 인해 가능성을 보여주었습니다. 그러나 문제는 금속 와이어 사이의 접촉 면적이 부족하여 접촉 면적이 줄어들어 광전지 성능이 저하된다는 것입니다[7].
환경적 요인도 지속적인 연구를 위한 큰 동기입니다. 현재 세계는 화석 연료, 석탄 및 석유와 같은 재생 불가능한 에너지원에 크게 의존하고 있습니다. 매일 수백만 명의 사람들이 휴대전화, 컴퓨터, 노트북, 스마트워치 및 모든 전자 기기를 충전하고 있으며, 걷는 것만으로도 이러한 기기를 충전하기 위해 우리의 직물을 사용하면 화석 연료 사용을 줄일 수 있습니다. 1명 또는 500명이라는 작은 규모의 작은 문제를 수천만 명으로 확대하면 화석 연료 사용을 크게 줄일 수 있습니다.
주택 상부에 장착된 것을 포함하여 태양광 발전소의 태양광 패널은 재생 에너지 사용을 돕고 여전히 많이 사용되는 화석 연료의 사용을 줄이는 것으로 알려져 있습니다. 이 농장을 건설하십시오. 일반 가정은 특정 수의 태양광 패널만 지원할 수 있으며 태양열 발전소의 수는 제한되어 있습니다. 공간이 충분한 지역에서 대부분의 사람들은 새로운 태양광 발전소 건설 가능성이 영구적으로 닫히기 때문에 항상 새로운 태양광 발전소 건설을 주저합니다. 그리고 새로운 사업과 같은 토지에 대한 다른 기회의 가능성. 최근에는 많은 양의 전기를 생산할 수 있는 부유식 태양광 패널 설치가 많이 있으며, 부유식 태양광 발전소의 주요 이점은 비용 절감입니다[8]. 토지를 사용하지 않아 집과 건물의 꼭대기에 설치 비용을 걱정할 필요가 없습니다. 현재 알려진 모든 수상 태양광 발전소는 인공 수역에 위치하고 있으며 미래에는자연 수역에 이러한 농장을 배치하는 것이 가능합니다.인공 저수지는 바다에서 흔히 볼 수 없는 많은 장점이 있습니다[9]. 인공 저수지는 관리가 쉽고 기존 인프라와 도로로 농장을 간단히 설치할 수 있습니다. 수상 태양광 발전소도보다 생산성이 높은 것으로 나타났습니다. 육지 태양광 발전소는 물과 육지의 온도 변화로 인해 [9]. 물의 높은 비열로 인해 육지의 표면 온도는 일반적으로 수역의 표면 온도보다 높으며 고온은 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 태양 전지판 전환율의 성능. 온도는 패널이 받는 햇빛의 양을 제어하지 않지만 태양광으로부터 받는 에너지 양에 영향을 미칩니다. 낮은 에너지(즉, 더 낮은 온도)에서 태양 전지판 내부의 전자는 휴식 상태에 있다가 햇빛을 받으면 들뜬 상태에 도달합니다[10]. 휴식 상태와 들뜬 상태의 차이는 전압에서 생성되는 에너지의 양입니다.ht는 이러한 전자를 여기시키지만 열도 마찬가지입니다. 태양 전지판 주변의 열이 전자에 에너지를 공급하고 전자를 낮은 여기 상태로 두면 태양광이 패널에 닿을 때 전압이 그다지 크지 않을 것입니다[10]. 땅이 흡수하고 방출하기 때문에 물보다 더 쉽게 열을 내기 때문에 육지에 있는 태양 전지판의 전자는 더 높은 여기 상태에 있을 가능성이 높으며 태양 전지판은 더 차가운 수역이나 그 근처에 위치합니다. 추가 연구에 따르면 플로팅 패널 주변의 물은 육지보다 12.5% 더 많은 에너지를 생성하는 데 도움이 됩니다[9].
지금까지 태양 전지판은 미국 에너지 수요의 1%만 충족하지만 이러한 태양열 발전소가 인공 저수지의 최대 4분의 1에 심어진다면 태양 전지판은 미국 에너지 수요의 거의 10%를 충족할 것입니다. 패널을 조속히 도입하여 콜로라도에 있는 두 개의 대형 저수지는 증발로 인해 많은 물을 잃어버렸지만 이러한 부유식 패널을 설치함으로써 저수지의 건조를 방지하고 전기를 생산했습니다[11]. -태양열 발전소가 설치된 저수지는 최소 400기가와트의 전기를 생성하기에 충분하며, 이는 1년 이상 440억 개의 LED 전구에 전력을 공급하기에 충분합니다.
그림 4a는 그림 4b와 관련하여 부유식 태양 전지가 제공하는 전력 증가를 보여줍니다. 지난 10년 동안 부유식 태양광 발전소가 거의 없었지만 여전히 발전에 큰 차이를 만듭니다. 미래에 부유식 태양광 발전소가 더 풍부해지면 생산되는 총 에너지는 2018년 0.5TW에서 2022년 말까지 1.1TW로 3배 증가한다고 합니다.[12]
환경적으로 말하자면, 이 수상 태양광 발전소는 여러 면에서 매우 유익합니다. 화석 연료에 대한 의존도를 줄이는 것 외에도 태양광 발전소는 수면에 도달하는 공기와 햇빛의 양을 줄여 기후 변화를 역전시키는 데 도움이 될 수 있습니다[9]. 풍속과 수면에 닿는 직사광선을 최소 10% 줄이는 농장은 지구 온난화의 전체 10년을 상쇄할 수 있습니다[9]. 생물다양성과 생태학적 측면에서 큰 부정적인 영향은 발견되지 않는 것으로 보입니다. 강둑의 침식을 줄이고 식생을 보호하고 자극합니다.[13]. 해양 생물이 영향을 받는지 여부에 대한 결정적인 결과는 없지만 Ecocean이 만든 조개껍데기로 채워진 바이오 오두막과 같은 조치는 해양 생물을 잠재적으로 지원하기 위해 태양광 패널 아래에 잠겼습니다.[13]. 진행중인 연구의 주요 관심사 중 하나는 다음과 같은 기반 시설의 설치로 인한 먹이 사슬에 대한 잠재적 영향입니다.인공 저수지가 아닌 개방 수역의 태양광 패널 먹이 사슬의 낮은 위치 등은 수생 생물에 대한 보조금으로 이어집니다[14]. 아직 발생하지 않았지만 이것은 수상 태양광 농장의 주요 단점인 생태계에 대한 잠재적인 추가 손상을 방지할 수 있습니다.
태양은 우리의 가장 큰 에너지원이기 때문에 이 에너지를 활용하고 지역 사회에서 이를 사용하는 방법을 찾는 것이 어려울 수 있습니다. 매일 제공되는 새로운 기술과 혁신이 이를 가능하게 합니다. 웨어러블 태양열 동력 의류는 많지 않지만 지금 방문하기 위해 태양광 발전소를 구입하거나 떠다니더라도 그 기술이 큰 잠재력이나 밝은 미래가 없다는 사실은 변하지 않습니다. 떠다니는 태양 전지는 웨어러블 태양전지는 우리가 매일 입는 옷처럼 보편화되기까지는 갈 길이 멀다. 의류. 앞으로 수십 년 동안 기술이 발전함에 따라 태양광 산업의 잠재력은 끝이 없습니다.
Raj Shah 소개 Raj Shah 박사는 뉴욕에 있는 Koehler Instrument Company의 이사로 27년 동안 일했습니다. 그는 IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSMTC, Institute of Physics, Institute of Energy Research 및 Royal Society of Chemistry.ASTM Eagle Award 수상자 Shah 박사는 최근 베스트 셀러인 "Fuels and Lubricants Handbook"을 공동 편집했으며 자세한 내용은 ASTM의 Long Awaited Fuels and Lubricants Handbook, 2nd Edition – July 15, 2020 – David Phillips – 페트로 산업 뉴스 기사 – 페트로 온라인(petro-online.com)
Shah 박사는 Penn State University에서 화학 공학 박사 학위를 받았고 런던 Chartered School of Management의 펠로우입니다.그는 또한 과학 위원회의 공인 과학자, 에너지 연구소의 공인 석유 엔지니어 및 영국 엔지니어링 위원회의 공인 과학자이기도 합니다.Dr.Shah는 최근 미국에서 가장 큰 엔지니어링 학회인 Tau beta Pi에서 Distinguished Engineer로 선정되었습니다. 그는 Farmingdale University(기계 기술), Auburn University(트라이볼로지) 및 Stony Brook University(화학 공학/ 재료 과학 및 공학).
Raj는 SUNY Stony Brook의 재료 과학 및 화학 공학과 겸임 교수로 475개 이상의 논문을 발표했으며 에너지 분야에서 3년 넘게 활동했습니다. Raj에 대한 자세한 내용은 Koehler Instrument Company의 이사에서 확인할 수 있습니다. 국제물리연구소 Petro Online(petro-online.com) 펠로우로 선출
Ms. Mariz Baslious와 Mr. Blerim Gashi는 SUNY의 화학 공학 학생이며 Dr. Raj Shah는 대학의 외부 자문 위원회 의장입니다.Mariz와 Blerim은 뉴욕 홀츠빌에 있는 Koehler Instrument, Inc.에서 성장하는 인턴십 프로그램의 일부입니다. 학생들이 대체 에너지 기술의 세계에 대해 더 많이 배우도록 권장합니다.
게시 시간: 2022년 2월 12일
