ورود مذاب سیلیکون به دنیای انرژی‌ خورشیدی

سیلیکون، به عنوان یکی از فراوان‌ترین عناصر پوسته‌ی زمین، می‌تواند اساس یک سیستم ذخیره‌سازی ارزان‌تر برای انرژی‌های تجدیدپذیر باشد. گروهی از پژوهشگران در مادرید در حال توسعه‌ی یک سیستم ذخیره‌ی انرژی گرمایی هستند که با استفاده از سیلیکون مذاب، انرژی را 10 برابر بیشتر از گزینه‌های ذخیره‌سازی حرارتی موجود، ذخیره می‌کند. امید می‌رود که توسعه‌ی این فناوری، به تولید نسل جدیدی از ایستگاه‌های حرارتی خورشیدی کم هزینه، جهت ذخیره سازی انرژی خورشیدی در مراکز شهری، منجر شود.

از چالش‌های عمده‌ای که منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید در حال حاضر با آن روبرو هستند، مشکل ذخیره‌سازی است. بنابراین برای گسترش کاربرد این منابع، توانایی ما باید در ذخیره‌ی انرژی مازاد بهبود یابد؛ به طوری که شهرها شب‌ها یا زمانی که خورشید نمی‌تابد یا باد نمی‌وزد نیز دسترسی مناسب به انرژی داشته باشند.

در حال حاضر تکنولوژی باتری به اندازه‌ی کافی توسعه نیافته است، بنابراین محققان در زمینه‌های مختلف صنعت طیف گسترده‌ای از ایده‌ها را جهت بهبود ذخیره‌سازی انرژی بررسی می‌کنند. مثلا یک سیستم انرژی حرارتی خورشیدی تجاری که حرارت متمرکز را به شکل نمک‌های مذاب (نیترات پتاسیم/کلسیم/سدیم و.)ذخیره می‌کند و سپس حرارت را با استفاده از یک ژنراتور حرارتی به الکتریسیته تبدیل می‌کند.

سیستم‌های بر پایه نمک خیلی خوب کار می‌کنند؛ اما به پمپ‌های پیچیده، خطوط لوله و سیال‌های انتقال حرارت نیاز دارند تا الکتریسیته تولید کنند. بنابراین گران و از نظر ایمنی آسیب‌پذیرند. ضمنا آن‌ها با مواد فراوان کار نمی‌کنند. اگر استفاده از آن‌ها را گسترش دهیم، در طی چند دهه با کمبود عناصری که برای ساخت این نمک‌ها لازم هستند، مواجه خواهیم شد. به همین دلیل در سراسر جهان، محققان به دنبال روش‌هایی ایمن‌تر هستند که مواد ارزان‌تر و فراوان‌تری را استفاده کنند.

استفاده از سیلیکون توسط تیمی از دانشگاه پلی تکنیک مادرید (UPM)ارایه شده است و می‌تواند برنده‌ی این کارزار باشد، چرا که سیلیکون یکی از ارزان‌ترین و فراوان‌ترین عنصرهای جهان (پس از اکسیژن)است.
سیستم ذخیره‌سازی انرژی حرارتی پیشنهادی جدید، یا با استفاده از نور خورشید متمرکز شده یا برق مازاد تولید شده از انرژی تجدیدپذیر به سیلیکون حرارت می‌دهد. سیلیکون ذوب شده (که می‌تواند به دمایی حدود 1400 درجه سانتی‌گراد (2552 فارنهایت)برسد)، را می‌توان به سادگی از محیط اطراف جدا کرده و گرمای آن را تا زمانی که انرژی آن مورد نیاز باشد حفظ کرد تا در زمان لازم، گرما به الکتریسیته تبدیل شود. سیلیکون به سبب خصوصیات منحصر به فردش می‌تواند در یک متر مکعب از خودش بیش از 1 مگاوات ساعت انرژی ذخیره کند که این مقدار 10 برابر انرژی ذخیره شده توسط نمک‌ها است.

بنابر گفته‌های سرپرست این پژوهش، آلخاندرو داتاس (Alejandro Datas)، اساس کار کردن این سیستم، سلول‌های ترموفتوولتاییک هستند. تکنولوژی نسبتا جدیدی که در آن با استفاده از پنل‌های خورشیدی از گرما هم مانند نور انرژی تولید می‌شود.

داتاس بیان می‌کند: «در چنین دماهای بالایی، سیلیکون به شدت مانند خورشید می‌درخشد. بنابراین سلول‌های ترموفتوولتاییک می‌توانند برای تبدیل این تابش حرارتی به الکتریسیته استفاده شوند».

سلول‌های ترموفتوولتاییک بازده تبدیل بیش از 50 درصد دارند و میزان برق تولیدی آن‌ها در واحد سطح، 100 برابر بیشتر از سلول‌های خورشیدی معمولی هستند. داتاس می‌گوید که آن‌ها اساس سیستم هستند، مخصوصا چون می‌توانند برخلاف دیگر ژنراتورها در دماهای بسیار زیاد کار کنند.

این سامانه مزایای بسیاری دارد: از مواد فراوان و ارزان استفاده می‌کند، قادر است ده برابر بیش تر از روش‌های موجود انرژی ذخیره کند، بسیار کم حجم و کم صدا است و اجزای متحرک ندارد.

این پژوهشگران باور دارند که ابداع آنان می‌تواند هزینه‌ی ذخیره و تولید انرژی در حوزه انرژی‌های گرمایی را به شدت کاهش دهد. این ابداع پاسخی ایمن و مقرون به صرفه به مشکل ذخیره‌ی انرژی‌های تجدیدپذیر است و می‌تواند برای حرارت نیز مانند الکتریسیته به کار رود. تیم (UPM)اکنون به دنبال تجاری‌سازی این سامانه است. در همین راستا آن‌ها پروژه‌ای تجاری به نام (SILSTORE)را کلید زده و شروع به ساخت نمونه‌ی اولیه دستگاه در آزمایشگاه کرده‌اند.

مطالعه کل مطلب:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544216304546