Kumaş Güneş Pilleri

Güneş pili diğer adıyla fotovoltaik piller, yüzeylerine gelen güneş enerjisi doğrudan elektriğe dönüştüren yarı iletken maddelerdir. Yenilenebilir enerji kaynağı olan güneş enerjisinin, elektriğe dönüştürülmesinde önemli olan bu maddeler, kare, dikdörtgen, daire biçiminde olup yaklaşık 100cm2 büyüklüğünde ve 0.2. – 0.4 mm kalınlıktadır. Güneş enerjisi, %5 – %20 verimle elektrik enerjisine çevirebilen bu sistemler, bir evin çatısına yerleştirilerek bir evin elektrik ihtiyacını karşılayabileceği gibi daha geniş arazilere kurularak, bir yerleşim bölgesinin ve endüstri bölgesinin elektrik ihtiyacının bir kısmını veya tamamını da karşılayabilir.

Güneş pilleri, güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülmesinde bu kadar önemliyken, bu pillerin daha küçük boyutlarda olup daha fazla güç ürettiğini düşünmek önceden bir hayaldi. İşte tam da bu noktada, MIT mühendisleri bir hayali gerçekleştirdiler. MIT mühendisleri, kumaş güneş pillerinin herhangi bir yüzeyi güç kaynağına dönüştürebilen çalışmalarından bahsettiler. Bu çalışmaya göre MIT mühendisleri, herhangi bir yüzeyi kolayca bir güç kaynağına dönüştürebilen ultra hafif kumaş güneş pilleri geliştirdiklerini söylediler.

Dayanıklı, esnek güneş pilleri insan saçlarından daha incedir ve güçlüdür. Hafif bir kumaşa yapıştırılabilir, bu da sabit bir yüzeye monte edilmelerini kolaylaştırır. Giyilebilir bir güç kumaşı olarak enerji sağlayabilir veya acil durumlarda yardımcı olmak için uzak yerlerde taşınabilir ve konuşlandırılabilir.  Araştırmacılar, hücrelerin geleneksel güneş panellerinin ağırlığının yüzde biri olduğunu ve kilogram başına 18 kat daha fazla güç ürettiğini söylediler. Gelecekte geniş alan üretimine ölçeklendirilebilecek baskı işlemleri kullanılarak yarı iletken mürekkeplerden yapılırlar.

Araştırmacılar, ince ve hafif güneş pillerinin birçok farklı yüzeye lamine edilebileceğini söyledi. Örneğin, denizdeyken güç sağlamak için bir teknenin yelkenlerine entegre edilebilirler. Olağanüstü durum kurtarma operasyonlarında kullanılan çadırlara ve brandalara yapıştırılabilirler veya uçuş menzilini genişletmek için dronların kanatlarına uygulanabilirler.

Sabun Kabarcıkları

Araştırma mühendisleri, geleneksel silikon güneş pillerinin kırılgan olduğunu hatırlattılar. Yani camla kaplanması ve kalın alüminyum çerçeveyle paketlenmesi gerektiğini, bu da konuşlandırılmaları sırasında nereye ve nasıl koyulacaklarıyla ilgili zorluk yaşanmasına neden olduğunu belirttiler.

Altı yıl önce, MIT araştırma ekibi, bir sabun köpüğünün üstüne oturabilecekleri kadar hafif olan yeni bir ince film malzemesi sınıfı kullanarak güneş pilleri üretti. Bir dezavantajı, bu ultra ince güneş pillerinin pahalı ve ölçeklendirilmesi zor olabilen karmaşık, vakum bazlı süreçler kullanılarak üretilmesiydi.

Araştırmacılar, en son çalışmalarında, mürekkep bazlı malzemeler ve ölçeklenebilir imalat teknikleri kullanarak tamamen yazdırılabilen ince film güneş pilleri geliştirmeye başladılar.

Güneş pillerini üretmek için yazdırılabilir elektronik mürekkepler şeklinde nanomalzemeler kullandılar. Nano temiz odasında çalışarak, güneş pili yapısını, elektronik malzemelerin katmanlarını hazırlanmış bir yere bırakan bir slot kalıp kaplayıcı kullanarak kapladılar. Yaklaşık 3 mikron kalınlığında serbest bırakılabilir substrat meydana geldi. Serigrafi tasarımların nasıl eklendiğine benzer bir teknik kullanılarak, güneş modülünü tamamlamak için yapıya bir elektrot bırakıldı.

Araştırmacılar daha sonra yaklaşık 15 mikron kalınlığında olan baskılı modülü plastik alt tabakadan soyup ultra hafif bir güneş cihazı oluşturdular.

Kumaş Destek

Bu tür ince, bağımsız güneş modüllerinin kullanımının zor olduğunu, kolayca yırtılabileceğini ve konuşlandırılmasını zorlaştırdığını söylediler. Bunu ele almak için MIT ekibi, güneş pillerini yapıştırabilecekleri hafif, esnek ve yüksek mukavemetli bir substrat aradı. Kumaşları, az miktarda ek ağırlık ile besleyerek, mekanik esneklik sağladılar ve bunu optimum çözüm olarak tanımladılar.

Bu malzeme, metrekare başına 13 gram ağırlığında ve ticari olarak Dyneema olarak bilinen kompozit bir kumaştı. Araştırmacılar, UV ile sertleşen bir tutkal tabakası ekleyerek, güneş modüllerini bu kumaşın tabakalarına yapıştırdılar. Bu ultra hafif ve mekanik olarak sağlam bir yapı oluşturdu.

Test Sonuçları

Kumaş güneş pillerinin herhangi bir yüzeyi güç kaynağına dönüştürmesi, bilim dünyasında ilgi gören bir çalışma oldu. MIT araştırmacıları, cihazı test ettiklerinde, bağımsızken kilogram başına 730 watt güç ve Dyneema kumaşına yerleştirildiklerinde kilogram başına yaklaşık 370 watt güç üretebileceğini buldular.

Bu test sonuçlarını, Massachusetts’teki tipik bir çatı güneş enerjisi kurulumu ile karşılaştırdılar. Referans alınan tipik çatı güneş enerjisinin, yaklaşık 8.000 watt olduğunu söylediler. Aynı miktarda güç üretmek için, kumaş fotovoltaiklerin bir evin çatısına yaklaşık 20 kilogram eklenmesi yeterli olacaktır.

Cihazlarının dayanıklılığını da test edildi. Kumaş bir güneş panelini, 500’den fazla kez yuvarlayıp, açtıktan sonra bile hücrelerin % 90’dan fazlasının ilk enerji üretim yetenekleri kaybetmediğini gördüler.

Hücreleri yapmak için kullanılan karbon bazlı organik malzeme, havadaki nem ve oksijen ile etkileşime girerek değişebilir, bu da performanslarını bozabilir. Araştırmacılar bu yüzden, güneş pillerinin, çevresel etmenlerden korunması için başka bir malzemeye yerleştirilmesi gerektiğini söylediler.

Kumaş güneş pillerinin herhangi bir yüzeyi güç kaynağına dönüştürmesi ile ilgili araştırma, ABD MIT Enerji Girişimi, Ulusal Bilim Vakfı ve Kanada Doğa Bilimleri, Mühendislik Araştırma Konseyi tarafından kısmen finansa edildi.

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here