ابتكار محقق ایرانی در افزایش بازدهی انرژی خورشیدی

دانش آموخته مهندسی شیمی گرایش طراحی فرآیند دانشگاه تربیت مدرس كه اخیرا با راهنمایی دكتر 'سید مجتبی صدرعاملی' از پروژه كارشناسی ارشد خود با عنوان 'بازیافت گرما از سطح سلول های خورشیدی' دفاع كرد، جزییات این پروژه تحقیقاتی را با خبرنگار علمی ایرنا در میان گذاشت.
'سیدرضا موسوی' اظهار داشت: پنل های فتوولتائیك از انرژی پاك و تجدیدپذیر خورشید برای تولید برق استفاده می­كنند و سه عامل اصلی شامل جنس سلول، شدت تابش اشعه خورشید و دمای عملیاتی پنل، بر راندمان این سلول ها موثرند.
وی با بیان این كه افزایش دما در پنل فتوولتائیك منجر به كاهش بازدهی آن می شود، گفت: به طور كلی در سلول های خورشیدی كه برای تولید برق مورد استفاده قرار می گیرند، حدود 80 درصد انرژی خورشیدی جذب شده، صرف تولید گرما می شود و در بهترین حالت، فقط می توانند 20 درصد انرژی جذب شده را به برق تبدیل كنند.
موسوی خاطرنشان كرد: البته این میزان تلفات انرژی خورشیدی مربوط به زمانی است كه سلول های خورشیدی در دمای 25 درجه سانتیگراد قرار داشته باشند و به ازای افزایش هر یك درجه دمای محیط بیش از 25 درجه سانتیگراد، بین سه تا پنج دهم درصد افت راندمان خواهیم داشت.
وی ادامه داد: بنابراین در مناطقی كه دمای سطح سلول های خورشیدی در آفتاب تابستان به بیش از 60 درجه سانتیگراد می رسد، 20 درصد انرژی خورشیدی جذب شده كه قرار بود به برق تبدیل شود، افت بسیار زیادی پیدا می كند و عملا مقدار قابل توجهی از انرژی خورشیدی به صورت گرما هدر می رود.
این پژوهشگر جوان كه از سال 1390 به دنبال چاره ای برای حل این مشكل برآمده است، گفت: در مطالعات اولیه مشخص شد كه كار چندانی در این زمینه در دنیا انجام نشده و فعالیت های تحقیقاتی این حوزه به چند كار آزمایشگاهی، محدود می شود.
وی به برخی روش های رایج در دنیا برای حذف گرمای اضافی از سطح سلول های خورشیدی و مزایا و معایب آنها اشاره كرد و بیان داشت: استفاده از جریان طبیعی هوا و پس از آن استفاده از جریان اجباری به كمك فن، اولین ایده­های مطرح شده برای حل این مشكل بودند كه جریان طبیعی هوا، تاثیر بسیار كمی در انتقال حرارت دارد و معایب زیادی همچون بالا بودن هزینه اولیه برای تجهیزاتی مانند فن و كانال كشی در مقیاس های بزرگ، هزینه جاری بالا برای تامین الكتریسیته فن و هزینه زیاد تعمیر و نگهداری آن دارد.
موسوی، استفاده از آب به صورت جاری روی سطح و یا به صورت كانال در پشت پنل را از دیگر روش های معمول برای خنك كردن سطح صفحات خورشیدی نام برد و گفت: این روش در مقایسه با روش جریان هوای اجباری، میزان انتقال حرارت بیشتری دارد اما هزینه اولیه آن به دلیل نیاز به پمپ بالاتر است و علاوه بر این، هزینه های تعمیر و نگهداری بیشتر، مصرف برق بیشتر و عمر كمتر به دلیل خوردگی تجهیزات از دیگر معایب این روش به شمار می آید.
وی با بیان اینكه راه حل دیگری كه می­تواند برای رفع این مشكل مطرح شود جذب گرمای اضافی از سطح سلول توسط مواد تغییر فاز است، توضیح داد: مواد تغییر فاز (Phase Change Material) موادی هستند كه گرما را طی فرایند ذوب در خود ذخیره كرده و طی فرآیند سرمایش (انجماد) آزاد می­كنند و یكی از مهم ترین ویژگی­های این مواد ثابت بودن دما حین انجام فرایند جذب و سرمایش است.
این فعال دانش بنیان ادامه داد: به عنوان مثال، ما یك دمای ثابت را درنظر می گیریم و یك ماده مناسب را انتخاب می كنیم كه دمای ذوب آن درحدود دمای مورد نظر ما باشد، وقتی دمای محیط به دمای موردنظرمان رسید، ماده شروع به ذوب شدن می كند و انرژی به جای افزایش دما، صرف ذوب ماده می شود و به این ترتیب از هدررفت انرژی خورشیدی جلوگیری خواهد شد.
وی به مشكلات استفاده از این مواد در طرح تحقیقاتی خود اشاره كرد و گفت: تصمیم گرفتم در پژوهش خود از مواد تغییر فاز استفاده كنم ولی در مسیر اجرا با مشكلات زیادی روبه رو بودیم زیرا یك كار بسیار جدید بود كه سابقه انجام آن در كشور وجود نداشت و از سوی دیگر، شركتهای بین المللی تولید كننده مواد pmc به خاطر تحریم ها حاضر به فروش این مواد به ما نبودند.
موسوی تصریح كرد: با توجه به تنگناهای فراوان، خودمان دست به كار شدیم و طی پژوهش­های انجام گرفته برای یافتن ماده مناسب و موجود در كشور، پلی اتیلن گلیكول 1000 با دمای ذوب 35 تا 40 درجه سانتیگراد برای این امر انتخاب شد زیرا با توجه به اینكه دمای بهینه برای عملكرد سلول فتوولتائیك، 25 درجه سانتیگراد است، برای كنترل دمایی آن باید ماده ای با دمای ذوب 25 تا 30 درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می گرفت.
وی درباره تفاوت های این پروژه با دیگر روش های رایج به منظور خنك سازی پنل های فتوولتائیك در دنیا گفت: در پژوهش ما آزمایش خنك­سازی سلول فتوولتائیك توسط مواد تغییر فاز و در شرایط جوی واقعی انجام شد درحالیكه آزمایش­های انجام گرفته پیش از این در مقیاس­ آزمایشگاهی و در شرایط مصنوعی (تابش توسط چراغ شبیه ساز خورشید و داخل آزمایشگاه) بود.
به گفته موسوی، ابعاد سلول­های مورد آزمایش گرفته پیش از این معمولا كمتر از 10 سانتیمتر گزارش شده اند درحالیكه ابعاد سلول مورد آزمایش در پژوهش وی، 50 در 60 سانتیمتر است.
نتیجه این طرح پژوهشی، كنترل دمایی سلول های فتوولتائیك و افزایش هشت درصدی راندمان تولید برق از سلولهای خورشیدی است كه می توان از آن در نیروگاه های خورشیدی، عایق های هوشمند، صنعت ساختمان یا نساجی استفاده كرد.
این پژوهشگر ایرانی، صرفه جویی در مصرف انرژی، افزایش راندمان انرژی خورشیدی و كمك به حفاظت از محیط زیست را از جمله مزایای استفاده از این روش برشمرد و یادآور شد: استفاده از این روش در كشوری مانند ایران كه اكثر روزهای سال، هوای آفتابی دارد از توجیه اقتصادی بالایی برخوردار خواهد بود.
پروژه تحقیقاتی 'بازیافت گرما از سطح سلولهای خورشیدی' در سال 1392 منجر به ثبت اختراع و كسب رتبه در جشنواره اختراعات بنیاد ملی نخبگان شده است و اكنون مراحل تكمیلی را می گذراند.
علمی**1055**1440