فرادرسفناوری برگ خورشیدی مصنوعی چه کاربردی دارد؟
«برگ خورشیدی مصنوعی» (Artificial Solar leaf) چیست؟ آیا می‌توان از برگ درختان برای تولید و ذخیره‌ی انرژی الهام گرفت؟ در این مطلب به این موارد پاسخ خواهیم داد.
فتوسنتز
گیاهان، برخی باکتری‌ها و آغازیان از فرایند «فتوسنتز» (Photosynthesis) برای تبدیل انرژی خورشید به قند استفاده می‌کنند. این ماده در ادامه توسط تنفس سلولی به «آدنوزین تری فسفات» (ATP)، سوخت مشترک تمام موجودات زنده تبدیل می‌شود. آدنوزین تری فسفات، نوکلئوتیدی است که در سلول‌ها به عنوان حامل انرژی به‌کار می‌رود. تبدیل انرژی غیرقابل استفاده خورشید به انرژی شیمیایی در دسترس، از طریق عمل‌کرد رنگ‌دانه‌‌های کلروفیل‌های سبز صورت می‌گیرد. این اجزاء دی اکسید کربن را از هوا جذب و به جای آن اکسیژن تولید می‌کنند.
اهمیت فتوسنتز
تقریبا تمامی موجودات زنده به انرژی تولیدی از فتوسنتز برای تغذیه نیازمند هستند. حیوانات علاوه بر اکسیژن به گیاهان به عنوان غذا وابسته‌اند. تنها گیاهان سبز قادر به تبدیل انرژی آفتاب به انرژی شیمیایی ذخیره شده در غذا هستند. لذا این حلقه برای ادامه‌ی حیات، بسیار ضرروری است.
سلول‌های خورشیدی
سلول‌های خورشیدی معمولی یا سلول‌های فتوولتائیک از مواد نیمه‌هادی مانند سیلیکون ساخته می‌شوند. هنگامی که نور به این سلول‌ها برخورد می‌کند، انرژی خورشیدی از طریق فوتون‌ها جذب می‌گردد. انرژی جذب شده الکترون‌های سیلیکون را از درون اتم‌ها بیرون می‌رانند و باعث ایجاد جریان الکتریکی می‌شود. با اضافه کردن ناخالصی‌های مانند فسفر یا بوروم، می‌توان یک میدان الکتریکی ایجاد کرد. این میدان مانند دیود عمل می‌کند؛ به این معنا که تنها اجازه عبور الکترونها را در یک جهت می‌دهد. در نهایت جریانی از الکترونها - جریان الکتریسیته - تولید و مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد.
معایب سلول‌های خورشیدی
سلول‌های خورشیدی بازده‌ی پایینی در جذب انرژی خورشیدی دارند. یکی از دلیل‌‌های کم‌بازده بودن این فناوری، عدم تطابق میزان انرژی فوتون‌های خورشید با «نوار ممنوعه‌ی انرژی» (Energy Band Gap) برای بیرون راندن الکترونها است. اگر فوتون انرژی کمتری داشته باشد، بدون ایجاد اثر عبور می‌کند؛ اگر فوتون انرژی بیشتری را حمل کند، انرژی اضافی به شکل گرما تلف می‌گردد.
برگ خورشیدی مصنوعی
برگ خورشیدی مصنوعی از ترکیب سلول‌های خورشیدی، پیل سوختی و فرایند فتوسنتز ساخته می‌شود. در این فناوری، تعدادی سلول خورشیدی با کاتالیست‌هایی از کبالت و نیکل برای تبدیل آب به اکسیژن و هیدروژن با یک‌دیگر همکاری می‌کنند. این هیدروژن را می‌توان به عنوان منبع انرژی برای نمونه در پیل‌های سوختی ذخیره کرد.
چنین روشی یکی از محدودیت‌های انرژی‌های خورشیدی را رفع می‌کند. هنگام تابش آفتاب در روز، انرژی تولید می‌شود. سپس این انرژی جهت استفاده در شب یا هوای ابری به صورت هیدروژن ذخیره می‌گردد. البته برای ذخیره‌ی انرژی می‌توان از باتری‌ها استفاده کرد. اما ظرفیت باتری‌ها محدود است. چنین فناوری می‌تواند پاسخی برای مشکل ذخیره‌ی انرژی‌ها تولیدی از روش‌های تجدیدپذیر باشد. با بهره‌گیری از این روش تنها یک متر مربع سلول خورشیدی واقع در یک حمام آب، توان تولید انرژی الکتریسیته مورد نیاز یک خانه را دارد.
اگر به یادگیری در این زمینه علاقه دارید، به لینک‌های زیر سر بزنید.
- آموزش کار و انرژی در فیزیک پایه ۱ (رایگان)
- نیروگاه‌های برق‌آبی چگونه کار می‌کنند؟
- سلول‌های خورشیدی چگونه کار می‌کنند؟
- آينده متعلق به کدام انرژی‌های تجدیدپذیر است؟
- مزایا و معایب پیل سوختی چیست؟
- هیدروژن و پیل سوختی -- گامی به سوی هوای پاک
- نیروگاه‌های برق‌آبی چگونه کار می‌کنند؟
^^
سلام برای energy band gap ترجمه درستی انتخاب نشده ترجمه صحیح “شکاف نوار انرژی ” هست
سلام دوست عزیز. ممنون از این‌که نظر خودتون رو گفتید. «energy band gap» به نوار یا قسمتی گفته می‌شه که الکترون یا حالت الکترونی حق حضور نداره. به همین دلیل به نظر رسید از این ترجمه استفاده کنیم. عموما لغات تخصصی ترجمه‌های متعددی دارند که سعی تیم تخصصی فرادرس استفاده از بهترین ترجمه از نظر انتقال مفهوم و رایج‌ترین اون‌هاست.