Молекулаи нав барои васеъ кардани потенсиали энергияи офтоб

Офтоб на танҳо манбаи фаровонтарини энергияест, ки ба инсон маълум аст, он то даме ки дар он ҷо ҳаст, беохир таҷдидшаванда аст. Он ба тавлиди миқдори ҳайратангези энергия дар ҳар рӯз, борон ё дурахшон идома медиҳад. Энергияи офтобро бо роҳҳои гуногун ҷамъоварӣ ва захира кардан мумкин аст ва истифодаи энергияи офтоб газҳои гулхонаӣ намебарорад, ки метавонад ба коҳиш додани таъсири тағирёбии иқлим мусоидат кунад. Бо ин сабабҳо, энергияи офтобӣ ҳамчун манбаи асосии энергияи барқароршаванда васеътар интихоб карда мешавад. То он даме, ки инсоният роҳҳои самараноктар истифода бурдани энергияи офтобро пайдо накунад, масалан, навовариҳои дар поён тавсифшуда.

Манипуляцияи нури офтоб

Ду намуди асосии энергияи офтобӣ мавҷуданд: фотоэлектрикҳо (PV) ва нерӯи консентратсионии офтобӣ (CSP), ки ҳамчун нерӯи гармии офтобӣ низ маълуманд. Фотоэлектрикҳо нури офтобро мустақиман ба нерӯи барқ ​​​​ба воситаи ҳуҷайраҳои офтобӣ дар панелҳои офтобӣ табдил медиҳанд. Нерӯи офтобии мутамарказ нури офтобро барои гарм кардани моеъе, ки буғ тавлид мекунад ва турбинаро барои тавлиди энергия истифода мебарад. Дар айни замон PV 98% энергияи офтобии ҷаҳонро ташкил медиҳад ва CSP 2% боқимондаро ташкил медиҳад.

PV ва CSP аз рӯи тарзи истифодаашон, энергияи истеҳсолшуда ва маводе, ки дар сохтмони онҳо истифода мешаванд, фарқ мекунанд. Самаранокии энергияе, ки бо PV истеҳсол мешавад, бо андозаи панели офтобӣ доимӣ мемонад, яъне истифодаи як панели хурдтар аз панели офтобии калон суръати истеҳсоли энергияро зиёд намекунад. Ин аз он сабаб аст, ки ҷузъҳои Тавозуни Система (BOS), ки инчунин дар панелҳои офтобӣ истифода мешаванд, ки сахтафзор, қуттиҳои комбайн ва инверторҳоро дар бар мегиранд.

Бо CSP, калонтар беҳтар аст. Азбаски он гармии шуоъҳои офтобро истифода мебарад, ҳар қадар нури офтоб бештар ҷамъ карда шавад, ҳамон қадар беҳтар аст. Ин система ба нерӯгоҳҳои сӯзишвории истихроҷшаванда хеле монанд аст, ки имрӯз истифода мешаванд. Тафовути асосӣ дар он аст, ки CSP оинаҳоро истифода мебарад, ки гармиро аз нури офтоб то моеъҳои гармӣ инъикос мекунанд (ба ҷои сӯхтани ангишт ё гази табиӣ), ки барои гардиши турбинаҳо буғ тавлид мекунанд. Ин инчунин CSP-ро барои нерӯгоҳҳои гибридӣ, аз қабили турбинаи гази омехта (CCGT), ки энергияи офтоб ва гази табииро барои гардиши турбинаҳо ва тавлиди энергия истифода мебаранд, хеле мувофиқ месозад. Бо CSP, тавлиди энергия аз энергияи офтобӣ танҳо 16% нерӯи барқи соф медиҳад. Истеҳсоли энергияи CCGT ~ 55% қувваи барқи соф медиҳад, ки нисбат ба CSP танҳо зиёдтар аст.

Аз ибтидои хоксор

Андерс Бо Сков ва Могенс Брондстед Нилсен аз Донишгоҳи Копенгаген кӯшиш мекунанд, ки молекулаеро таҳия кунанд, ки қодир ба ҷамъоварӣ, нигоҳдорӣ ва раҳо кардани энергияи офтобӣ нисбат ба PV ё CSP самараноктар аст. Бо истифода аз системаи фулвении дигидроазулен/винил гепта, кӯтоҳ DHA/VHF, ҷуфт дар таҳқиқоти худ ба муваффақиятҳои бузург ноил шуданд. Як мушкилоте, ки онҳо дар аввал дучор шуданд, ин буд, ки бо афзоиши қобилияти нигоҳдории молекулаҳои DHA/VHF, қобилияти нигоҳ доштани энергия дар тӯли муддати тӯлонӣ коҳиш ёфт. Могенс Брондстед Нилсен, профессори кафедраи химия, гуфт: "Новобаста аз он ки мо барои пешгирӣ кардани он чӣ кор кардем, молекулаҳо шакли худро иваз мекунанд ва энергияи захирашударо пас аз як ё ду соат озод мекунанд. Муваффақияти Андерс дар он буд, ки ӯ тавонист зичии энергияро дар молекулае, ки шакли худро дар тӯли сад сол нигоҳ дорад, дучанд кунад. Ягона мушкили мо ҳоло ин аст, ки чӣ тавр мо онро дубора озод кардани энергия мегирем. Чунин ба назар мерасад, ки молекула шакли худро дубора дигар кардан намехоҳад».

Азбаски шакли молекулаи нав устувортар аст, он метавонад энергияро барои муддати тӯлонӣ нигоҳ дорад, аммо ин корро бо он осонтар мекунад. Маҳдудияти назариявӣ барои нигоҳ доштани воҳиди маҷмӯи молекулаҳо мавҷуд аст, ки онро зичии энергия меноманд. Аз ҷиҳати назариявӣ 1 кило (2.2 фунт) ба истилоҳ "молекулаи комил" метавонад 1 мегаҷоул энергияро захира кунад, яъне он метавонад миқдори максималии энергияро нигоҳ дорад ва дар ҳолати зарурӣ онро озод кунад. Ин тақрибан барои гарм кардани 3 литр (0.8 галлон) об аз ҳарорати хонагӣ то ҷӯшидани энергия кофӣ аст. Ҳамин миқдор молекулаҳои Сков 750 миллилитр (3.2 кварт)-ро аз ҳарорати хонагӣ то ҷӯшидан дар 3 дақиқа ва ё дар як соат 15 литр (4 галлон) гарм карда метавонанд. Дар ҳоле ки молекулаҳои DHA/VHF наметавонанд энергияи зиёдро ҳамчун "молекулаи комил" нигоҳ доранд, ин миқдори назаррас аст.

Илм дар паси молекула

Системаи DHA/VHF аз ду молекула, DHA ва VHF иборат аст. Молекулаи DHA барои нигоҳ доштани энергияи офтоб масъул аст ва VHF онро озод мекунад. Онҳо ин корро тавассути тағир додани шакл ҳангоми ворид шудан ба ангезаҳои беруна, дар ин ҳолат нури офтоб ва гармӣ мекунанд. Вақте ки DHA ба нури офтоб дучор мешавад, он энергияи офтобро захира мекунад ва бо ин кор молекула шакли худро ба шакли VHF иваз мекунад. Бо мурури замон, VHF гармиро ҷамъ мекунад, вақте ки он ба қадри кофӣ ҷамъ карда мешавад, ба шакли DHA бармегардад ва энергияи офтобро хориҷ мекунад.

Дар охири рӯз

Андерс Бо Сков аз молекулаи нав хеле ҳаяҷоновар аст ва бо сабабҳои асоснок. Ҳарчанд он то ҳол энергияро бароварда наметавонад, Сков мегӯяд: «Вақте ки сухан дар бораи захира кардани нерӯи офтоб меравад, рақобати бузургтарини мо аз батареяҳои литий-ионӣ бармеояд ва литий як металли заҳрнок аст. Молекулаи ман ҳангоми кор на CO2 ва на дигар пайвастагиҳои кимиёвиро хориҷ намекунад. Ин «нури офтоб дар дохили нерӯи барқ ​​​​хомӯш мешавад». Ва вақте ки молекула як рӯз фарсуда мешавад, он ба ранге табдил меёбад, ки дар гулҳои ромашка низ мавҷуд аст." Молекула на танҳо дар раванде истифода мешавад, ки ҳангоми истифодаи худ газҳои гармхонаиро кам ё тамоман хориҷ мекунад, вақте ки он оқибат таназзул мекунад, онро ба кимиёвии ғайрифаъол, ки табиатан дар муҳити зист пайдо мешавад, мекунад.