پنلهای خورشیدی برای دوام حدود ۳۰ سال طراحی شدهاند و طی دههها در برابر شرایط سخت جوی و نور خورشید مداوم مقاومت میکنند. با این حال آیا میشود عمر پنلهای خورشیدی را بیشتر کرد؟ در این زمینه پنلهای خورشیدی خودترمیمشونده میتوانند راه حل این موضوع باشند.
تصور کنید پنلهای خورشیدیای که میتوانند خودشان را ترمیم کنند و در تمام طول عمرشان بازدهی خود را حفظ نمایند. این ایدهی انقلابی در قلب نسل جدیدی از سلولهای خورشیدی پروسکایتی با قابلیت خودترمیمی قرار دارد.
چرا به پنلهای خورشیدی خودترمیمی نیاز داریم؟
پنلهای خورشیدی فناوری شگفتانگیزی هستند، اما حتی آنها هم در برابر فرسودگی مصون نیستند. در حالی که نور خورشید را برای تولید انرژی جذب میکنند، همان خورشیدی که به آنها نیرو میدهد، به مرور زمان به آنها آسیب میزند.
با گذر زمان، قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش، گرما، رطوبت، تگرگ، برف، گرد و غبار و نوسانات دما به تدریج بازدهی آنها را کاهش میدهد. به طور میانگین، پنلهای خورشیدی هر سال حدود ۰٫۵٪ تا ۰٫۸٪ از بازدهی خود را از دست میدهند. این افت نه تنها بر طول عمر آنها تأثیر میگذارد بلکه تواناییشان برای ارائهی عملکرد پایدار و قوی را نیز کاهش میدهد.
وقتی یک سلول خورشیدی درون یک پنل خراب شود، تعویض آن اغلب غیرعملی است، بهویژه در تأسیسات پیچیدهای مانند ماهوارهها یا کاوشگرهای فضایی که مأموریتهای تعمیر هزینهبر یا غیرممکن هستند.
علاوه بر این، دوام بالایی که باعث میشود پنلها دههها کار کنند، بازیافت آنها را نیز دشوارتر میکند و اثرات زیستمحیطی را افزایش میدهد. افزایش طول عمر پنلها از طریق خودترمیمی میتواند پسماند را کاهش داده و بازگشت سرمایه در سیستمهای انرژی خورشیدی را بهبود بخشد.
در نورسان انرژی بخوانید:
راهنمای انتخاب بهترین پنل خورشیدی؛ پارامترهای مهم قبل از خرید
ایده پنل خورشیدی خود ترمیم شونده از کجا آمد؟
مفهوم سلولهای خورشیدی خودترمیمی به سال ۲۰۱۰ بازمیگردد، زمانی که پروفسور مایکل استرانو از MIT از طبیعت الهام گرفت. گیاهان به طور مداوم دستگاه فتوسنتزی خود را ترمیم میکنند و مولکولهای آسیبدیده را ظرف چند ساعت جایگزین میکنند تا علیرغم نور خورشید شدید، تولید انرژی را حفظ نمایند.
تیم استرانو با تقلید از این فرآیند پویا، «سلولهای دینامیک» ساخت که از داربستهای نانولولهی کربنی همراه با پروتئینهای حساس به نور به نام فسفولیپید تشکیل شده بودند. گرچه میزان برق تولیدشده ناچیز بود، این اثبات راه را برای پیشرفتهای آینده گشود.
اخیراً، پژوهشگران دانشگاه یورک کشف کردند که سلنید آنتیموان—یک مادهی جاذب نور خورشید—میتواند مانند سمندرها که اندام خود را بازمیرویانند، آسیب را خودبهخود ترمیم کند. این ماده پیوندهای شیمیایی شکسته را بهطور خودکار بازسازی میکند و مکانیزم طبیعی خودترمیمیای را نشان میدهد که میتواند در فناوریهای خورشیدی به کار گرفته شود.
پنلهای خورشیدی خودترمیمی مخصوص فضا
همهی فناوریهای خورشیدی خودترمیمی برای زمین طراحی نشدهاند. پژوهشگران دانشگاه سیدنی سلولهای خورشیدی پروسکایتی ویژهی کاربردهای فضایی توسعه دادهاند، جایی که وزن و بازدهی حیاتی هستند. سلولهای پروسکایتی سبکتر و اغلب کارآمدتر از پنلهای سیلیکونی سنتیاند و آنها را برای ماهوارهها و فضاپیماها ایدهآل میسازند.
اما فضا چالشهای خاص خود را دارد. بدون جو زمین، پنلهای خورشیدی در معرض تابش شدید و بدون فیلتر قرار میگیرند که مواد را به سرعت تخریب میکند. نوآوری تیم سیدنی در مکانیزم خودترمیمیای است که با گرما و تابش فضا فعال میشود. به طور خاص، سلولهای آنها از فرآیندی به نام آنیل استفاده میکنند تا ساختار بلوری را «آرام» کرده و آسیب را ترمیم کنند.
آزمایشها نشان داد که این سلولهای پروسکایتی ویژهی فضا میتوانند عملکرد خود را به طور کامل بازیابی کنند و پس از آسیب، دوباره به ۱۰۰٪ بازدهی برسند—بهبودی چشمگیر نسبت به پنلهای خورشیدی معمولی در مدار که هر سال تا ۱۰٪ بازدهیشان را به دلیل تابش از دست میدهند.
از آزمایشگاه تا بازار: چالشهای پیش رو
با وجود این پیشرفتهای امیدوارکننده، پنلهای خورشیدی خودترمیمی هنوز عمدتاً در مرحلهی آزمایشی هستند. بیشتر فناوریها در مراحل اولیهی نمونهسازی بوده و آزمایشهای واقعی محدودی داشتهاند. نشان دادن دوام بلندمدت طی دههها، بهویژه در محیطهای بیرونی، به سالها ارزیابی دقیق نیاز دارد.
افزایش مقیاس تولید چالش دیگری است. تولید قابلاعتماد و مقرونبهصرفهی سلولهای پروسکایتی خودترمیمی برای پذیرش گسترده ضروری است. سازگاری با زیرساختهای موجود خورشیدی نیز حیاتی است؛ پنلهای جدید باید بدون نیاز به تغییرات پرهزینه بهطور یکپارچه در سیستمهای کنونی ادغام شوند.
هزینه و قیمت نیز عامل مهمی است. پنلهای سیلیکونی سنتی ارزان و تثبیتشده هستند، بنابراین فناوریهای جدید باید مزایای روشنی ارائه دهند تا پرداخت هزینهی بیشتر برای آنها توجیهپذیر باشد. بسیاری از نوآوریهای خورشیدی گذشته نه به دلیل شکست فنی، بلکه به این دلیل کنار گذاشته شدند که راهکارهای موجود همچنان ارزانتر و سادهتر برای اجرا بودند.
آیندهی پیش رو: آیندهای روشن برای انرژی خورشیدی
پتانسیل پنلهای خورشیدی خودترمیمی عظیم است. پنلهایی با طول عمر بیشتر و بازدهی بالاتر میتوانند پسماند را کاهش دهند، هزینههای انرژی را پایین بیاورند و گذار به انرژی پاک را تسریع بخشند.
منبع: heavendesigns