الطاقة والبيئة

مولد البخار الشمسي - باستخدام غلاف الفقاعة!

مولد البخار الشمسي - باستخدام غلاف الفقاعة!


عندما تنظر إلى غلاف الفقاعة ، ماذا ترى؟ فقدت عدة دقائق من تفرقع مرضي؟ بالاشتراك مع مادة مسامية ذكية ، يمكن لهذا العنصر اليومي أن يولد بخارًا من أشعة الشمس المحيطة!

[مصدر الصورة:معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا - جيريمي تشو]

جهاز جديد يسمى مولد البخار الشمسي ، وهو قادر على تحويل 20٪ من ضوء الشمس المتاح إلى بخار. تعد القدرة على تحويل ضوء الشمس المحيط في الظروف الملبدة بالغيوم إلى طاقة حرارية قابلة للاستخدام تطورًا مثيرًا من خلال التعاون بين فرق البحث من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد مصدر.

يستخدم هذا التصميم مادة تشبه الإسفنج طورها الفريق في عام 2014: هيكل مسامي من رقائق الجرافيت ورغوة الكربون. تم العثور على مادة الجرافيت لتسخن في نقاط موضعية ، مما يؤدي إلى سحب المياه وتبخيرها في مسام الهيكل.

باستخدام ماص انتقائي طيفيًا ، مثل الذي يستخدم في سخانات المياه الشمسية ، تمكن الباحثون من امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي المرئي فقط ، دون خسائر بسبب الأشعة تحت الحمراء. ينتج عن طلاء لوح من النحاس بالممتص مادة فعالة لامتصاص أشعة الشمس ، والتي تنقل الطاقة الحرارية إلى الرغوة. ومع ذلك ، في حين أن جهاز الامتصاص الانتقائي طيفيًا تمكن من إدارة خسائر الإشعاع جيدًا ، فقد سجل الفريق فقد الحرارة بالحمل الحراري من السطح.

أثناء البحث عن حل لمشكلة الحمل الحراري ، وجد أحد الباحثين الرئيسيين الإلهام من أصل جديد: مشروع معرض ابنته العلمي. يتكون تصميم الدفيئة التي بنتها من مواد أساسية بما في ذلك غلاف الفقاعات. قال والدها البروفيسور جانج تشين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: `` كانت قادرة على تسخينها إلى 160 درجة فهرنهايت ، في الشتاء! لقد كانت فعالة للغاية.

للسماح لأشعة الشمس بالمرور ، فإن الهواء المحتجز داخل فقاعات المواد يعزل ضد فقد الحرارة بالحمل الحراري.

قال الباحث الرئيسي ، جورج ني ، "لقد كنت متشككًا جدًا في الفكرة في البداية". اعتقدت أنها لم تكن مادة عالية الأداء. لكننا جربنا غلاف الفقاعة الأكثر وضوحًا مع فقاعات أكبر لمزيد من تأثير محاصرة الهواء ، واتضح أنه يعمل. الآن بسبب غلاف الفقاعات هذا ، لا نحتاج إلى مرايا لتركيز الشمس.

[مصدر الصورة:معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا - جورج ني]

يفتح استخدام المواد الرخيصة التي يسهل الوصول إليها المزيد من الاحتمالات للتطبيقات العملية للتكنولوجيا. علق البروفيسور تاو دينغ من جامعة شنغهاي جياو تونغ على بحث فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا - مصدر:

يقدم هذا الجهاز نموذج تصميم جديد تمامًا لتوليد البخار الشمسي. إنه يلغي الحاجة إلى المكثف البصري باهظ الثمن ، والذي يعد ميزة رئيسية في خفض تكلفة نظام توليد البخار الشمسي. من المؤكد أن الاستخدام الذكي للغطاء الفقاعي والممتص الانتقائي المتاح تجاريًا يساعد أيضًا في قمع الحمل الحراري وفقدان الحرارة الإشعاعي ، وكلاهما لا يحسن كفاءة حصاد الطاقة الشمسية فحسب ، بل يقلل أيضًا من تكلفة النظام.

يرى الباحثان تشين وني أن تصميمهما بديلاً غير مكلف للتقنيات واسعة النطاق المستخدمة في تحلية المياه ومعالجة مياه الصرف الصحي. في حين أن أجهزة التركيز البصري التقليدية طويلة العمر نسبيًا (10-20 عامًا) ، إلا أنها مكلفة من حيث المواد والصيانة. سيعمل مولد البخار الشمسي هذا فقط على عُشر ذلك الوقت.

قال ني: "مع ذلك ، فإن التكلفة تنافسية للغاية". "إنه نوع من نهج مختلف ، حيث كان الناس من قبل يقومون بتقنية عالية وطويلة الأجل [لامتصاص الطاقة الشمسية]. نحن نقوم بتكنولوجيا منخفضة وعلى المدى القصير.

قال الأستاذ المساعد TieJun Zhang من معهد مصدر: `` ما يثير إعجابنا هو الفكرة المبتكرة وراء هذا الجهاز غير المكلف ، حيث صممنا هذا الجهاز بشكل إبداعي بناءً على الفهم الأساسي للقابلية الشعرية والإشعاع الحراري الشمسي. وفي الوقت نفسه ، نحن متحمسون لمواصلة التحقيق في الفيزياء المعقدة لتوليد البخار الشمسي واكتشاف معرفة جديدة للمجتمع العلمي. "

نشر الفريق مؤخرًا النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Nature Energy ،

راجع أيضًا: الخلايا الشمسية التي يمكن أن تولد الطاقة من المطر

عبر:معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

بقلم جودي بينز


شاهد الفيديو: The video of steam generator