استفاده بهینه از سیستم های انرژی تجدید پذیر با تحقق ذخیره سازی برق
2016-06-12
اصول طراحی سیستم دیگ بخار چگالشی
2016-06-15

پنجره‌های نانوتکنولوژی تولید کننده ی برق

گردآورنده: مریم مصطفی نظری
خرداد ۹۵

مقدمه

رشد روز افزون جمعیت و محدودیت منابع انرژی‌ تجدیدناپذیر از قبیل سوخت‌های فسیلی و همچنین مسائل زیست محیطی جوامع بشری را به استفاده از منابع تجدیدپذیر و پاک سوق داده است. انرژی خورشیدی یکی از بزرگترین منابع تجدیدپذیر روی کره زمین است. اما بهره‌بری از این منبع انرژی خود با چالش‌های بسیاری از قبیل توزیع ناهمگون آن در سراسر جهان، کاهش انرژی در زمان‌های پر مصرف خصوصا در فصول سرد و نیازمندی به مساحت وسیع برای تولید مقدار قابل توجه انرژی مواجه است.

امروزه پنجره‌های شیشه‌ای بخش جدانشدنی از ساختمان‌های مدرنند. از سوی دیگر با افزایش ارتفاع ساختمان به مراتب برق مصرفی افزایش می‌یابد. محققان دانشگاه علم و صنعت سلطنتی ملک عبدالله عربستان به سرپرستی دکتر محمد مصطفی حسین روش جدیدی را برای بهره‌بری از گرما پیرامون ترکیب نامواد ترموالکتریک با شیشه‌های پنجره به منظور تولید الکتریسته بر اساس اختلاف دمای بین هوای گرم بیرونی و نسبتا سرد داخلی ارائه داده‌اند. آنها بر این باورند که با رشد زندگی شهرنشنی و گسترس ساختمان‌های مسکونی و تجاری بلند ضروری است تا حد امکان محیط زندگی پاک و سبز بوده و قادر به تولید بخش عظیمی از انرژی‌های مصرفی خود باشد.

modern-draperies-over-nano-doors

پنجره های نانومواد به عنوان ژنراتور ترموالکتریک

حامل‌های بار الکتریکی موجود در دسته خاصی از مواد موسوم به مواد ترموالکتریک در مواجه با شیب دمایی از سمت ناحیه گرمتر به بخش سردتر حرکت کرده که منجر به تولید جریان ‏الکتریکی می‌شود. در صورت حضور بار الکتریکی در این مدار توان مفید قابل قبولی در پاسخ به این اختلاف دمایی تولید می‌شود. تولید برق از این روش به واسطه گرمای تلف شده می‌تواند به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر معقولی مطرح شود که متاسفانه به عنوان یک بخش گسترده در مرحله توسعه و بهره‌بری قرار نگرفته است.

با استفاده این خاصیت مواد ترموالکتریک می‌توان از اختلاف دما بین دو طرف یک پنجره برق تولید کرد. اما به طور معمول مواد ترموالکتریک تزریق شده روی یک طرف پنجره تنها تحت تاثیر دمای همان سمت بوده و دمای سمت دیگر روی این مواد اثری ندارد. لذا در این صورت هیچگونه شیب دمایی روی این مواد اعمال نشده و توانی تولید نمی‌شود. دکتر محمد مصطفی حسین در این خصوص می گوید هدف ما در این پروژه ارائه پنجره‌های شیشه‌ای است که خود به عنوان ماده‌ای ترموالکتریک عمل کرده و بر اساس اختلاف دمای بین محیط بیرون و داخل می‌تواند تولیدکننده برق باشد.

House-5

برای تبدیل پنجره‌های شیشه‌ای به ژنراتورهای ترموالکتریک به جای اینکه مواد ترموالکتریک در یک طرف شیشه نصب شوند آنها را در سراسر پنجره تزریق می‌کنند. در این شرایط مواد به طور همزمان تحت تاثیر دمای دو طرف پنجره خواهند بود و در نتیجه آن با رخداد شیب دمایی توان، تولید می‌شود.

برای ساخت این نوع از پنجره‌های شیشه‌ای لازم است مواد ترموالکتریک در سراسر پنجره با ضخامت ۵ میلی‌متر تزریق شوند که در شرایط معمول این امر ممکن نیست. تکنیک‌های قبلی موسوم به میکروساخت‌ها از قبیل اسپاترینگ، تبخیر پرتوی الکترونی و تزریق الکتروشیمیایی قادر به ساخت این ضخامت نیستند.

ایده پژوهشگران دانشگاه برای رفع این مشکل استفاده از قرص‌های نانو ساختار ترموالکتریک به طول ۵ میلی‌متر بوده است که درون حفره‌هایی در سراسر پنجره قرار می‌گیرند. در واقع آلیاژهای نانوپودری به شیوه پرس هوای گرم و بدون هیچگونه درزی درون حفره‌های تعبیه شده درون شیشه‌ تزریق می‌شوند. آنها با استفاده از روش مذکور توسط پنجره‌ای به مساحت ۹ متر مربع در حضور شیب دمایی ۲۰ درجه سانتیگراد توان تجدیدپذیری برابر با ۳۰۴ وات تولید کردند.

بیب

با پوشش ساختمان‌های مدرن شیشه‌ای توسط این پنجره‌های نانوتکنولوژی می‌توان حتی در ساعات تاریکی و در نبود آفتاب به خصوص در نواحی با آب و هوای گرم توان قابل قبولی تولید نمود. دکتر محمد مصطفی می‌گوید اگر برج پادشاهی ریاض واقع در عربستان که آسمان خراشی ۹۹ طبقه با وسعت ۸۵۰۰۰ متر مربع است را توسط این پنجره‌های نانو ترموالکتریک پوشش دهیم قادر به تولید ۲٫۸ مگا وات برق خواهیم بود. با کاهش ۴۰% از شیب دمایی نیز این تولید توان ۱٫۷ مگاوات است که همچنان می‌تواند به عنوان یک منبع تولید انرژی برق مورد استفاده قرار گیرد. وی افزود هدف ما گسترش این ایده و ترکیب این مواد ترموالکتریک با دیگر بخش‌های ساختمان از قبیل دیوارها و درها است تا بتوانیم بهره‌بری از گرمای تلف شده را به منظور تولید برق به حداکثر برسانیم.

منبع: 

www.nature.com

یک دیدگاه