Elektrownia słoneczna Dau Tieng, prowincja Tay Ninh . (Zdjęcie: MINH PHUONG)
Energia słoneczna staje się wiodącym trendem w branży energii odnawialnej, zwłaszcza że koszty technologii gwałtownie spadły, a przejście na energię odnawialną rozprzestrzenia się na całym świecie . Jednym z najpopularniejszych sposobów przetwarzania energii słonecznej na energię elektryczną w celu zaspokojenia potrzeb człowieka jest wykorzystanie paneli słonecznych.
Jednak, zdaniem ekspertów, rozwój elektrowni słonecznych na całym świecie ujawnia istotne ograniczenia dotyczące środowiska i zasobów gruntowych. W procesie produkcji ogniw fotowoltaicznych wykorzystywane są toksyczne substancje chemiczne, takie jak kwas solny, kwas siarkowy, kwas azotowy i fluorowodór, które mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia, zwłaszcza dla pracowników produkcyjnych. Raport amerykańskiego Instytutu Badań Energetycznych (IER) wskazuje, że panele słoneczne generują 300 razy więcej niebezpiecznych odpadów niż elektrownie jądrowe przy tej samej jednostce energii. Panele słoneczne wykorzystujące metale ciężkie, takie jak ołów, chrom i kadm, mogą szkodzić środowisku glebowemu, jeśli zostaną zmiażdżone i zakopane.
Ponadto, wielkogabarytowe panele słoneczne zajmują dużo miejsca, co hamuje wzrost roślinności poniżej i sprawia, że te obszary stają się jałowe.
W ostatnich latach energetyka słoneczna w Wietnamie dynamicznie się rozwijała, szczególnie w Ninh Thuan – uważanym za „stolicę energii słonecznej” kraju. Ten boom nastąpił w okresie szybkiego wzrostu gospodarczego , wysokiego zapotrzebowania na energię i gwałtownego spadku kosztów technologii. Jednak duże projekty fotowoltaiczne zajmują duże powierzchnie, co wywiera presję na środowisko. Większość projektów nie posiada planów utylizacji paneli słonecznych po zakończeniu ich eksploatacji, a urządzenia te zawierają materiały i metale ciężkie, które mogą powodować zanieczyszczenie, jeśli zostaną utylizowane konwencjonalnymi metodami składowania odpadów.
Na całym świecie wiele grup badawczych dążyło do przezwyciężenia ograniczeń płaskich paneli słonecznych, wykorzystując technologię skoncentrowanej energii słonecznej. Technologia ta skupia światło słoneczne na niewielkim obszarze, co znacznie zmniejsza liczbę potrzebnych ogniw fotowoltaicznych. Grupa naukowców z Chin jako jedna z pierwszych zaproponowała model, który rozdziela składniki światła słonecznego, wykorzystując czerwone i niebieskie światło w rolnictwie, a resztę przekształca w energię elektryczną. Model ten jest jednak bardzo drogi, ponieważ wymaga stosowania drogich nanowarstw optycznych do rozdzielenia światła, charakteryzuje się niską trwałością i współczynnikiem ogniskowania wynoszącym zaledwie kilkadziesiąt razy, co sprawia, że technologia ta nadaje się jedynie do zastosowań laboratoryjnych.
Niedawno zespół autorów z Uniwersytetu Phenikaa opracował nowe podejście, które przezwycięża wyżej wymienione niedociągnięcia i nadaje się do zastosowania w praktyce. Powstało ono w wyniku realizacji projektu „Badania, projektowanie i produkcja przyjaznego dla środowiska systemu fotowoltaiczno-rolniczego opartego na technologii skoncentrowanej energii słonecznej”, finansowanego przez Narodowy Fundusz Rozwoju Nauki i Technologii (Nafosted).
Docent Vu Ngoc Hai, kierownik projektu, powiedział, że zamiast używać rynny parabolicznej do uzyskania konwergencji w linii prostej, zespół badawczy zdecydował się na soczewkę Fresnela – cienki, lekki, niedrogi element optyczny, który może skupiać światło w małym punkcie ze współczynnikiem konwergencji sięgającym nawet kilkuset razy. Przy tak silnej kompresji światła, powierzchnia potrzebna do ogniwa fotowoltaicznego zmniejsza się setki razy, co oznacza mniej materiału, mniej toksycznych substancji chemicznych, mniej odpadów i niższe koszty. Ta soczewka Fresnela jest również wynalazkiem zespołu w ramach tego projektu.
Docent Vu Ngoc Hai wyjaśnił, że w punkcie konwergencji zespół badawczy umieścił lustro półodblaskowe, aby oddzielić składowe światła naturalnego. Czerwone i niebieskie światło (dwa pasma światła silnie absorbowane przez rośliny) są przepuszczane przez lustro do obszaru uprawy. Pozostałe światło, zwłaszcza pasmo podczerwone, które niesie ze sobą dużo energii cieplnej, jest odbijane z powrotem i skupiane na wysokowydajnym panelu słonecznym. Oddzielenie składowych światła w małym punkcie zmniejsza powierzchnię wymagającą pokrycia filtrem 25-30 razy, co pozwala na zastosowanie trwalszych, tańszych i produkowanych przemysłowo technik powlekania. To znaczący postęp w porównaniu z istniejącymi technologiami na całym świecie.
Oddzielone źródła światła czerwonego i niebieskiego są kierowane do światłowodów i redystrybuowane za pomocą struktur optycznych. Zapewnia to równomierne oświetlenie roślin, eliminując cienie i zapobiegając spadkom plonów w porównaniu z modelami z szeroko rozstawionymi panelami słonecznymi lub panelami montowanymi na dachach szklarni. Wysokoenergetyczne światło odbite jest przetwarzane na energię elektryczną z większą wydajnością niż w przypadku tradycyjnej technologii paneli płaskich.
Według zespołu badawczego, technologia ta otwiera potencjalne zastosowania w modelach agrofotowoltaicznych w Wietnamie, szczególnie na obszarach o wysokim natężeniu promieniowania i konieczności łączenia produkcji energii elektrycznej z uprawą roślin. W kolejnym etapie zespół badawczy zamierza rozwinąć system do bardziej kompleksowego poziomu, aby móc ocenić jego praktyczne zastosowanie, z myślą o transferze technologii do przedsiębiorstw i modeli agrofotowoltaicznych w tym kraju.
Aby zapewnić skalowalność, zespół nawiązał współpracę z Uniwersytetem Myongji (Korea Południowa) – instytucją specjalizującą się w optyce, materiałach i energii odnawialnej – w celu wspólnego opracowania kompletnego prototypu systemu do użytku eksperymentalnego. Współpraca ta umożliwiła zespołowi przeprowadzenie pomiarów wydajności w zróżnicowanych warunkach środowiskowych, w tym w klimacie tropikalnym Hanoi i klimacie umiarkowanym Seulu w Korei Południowej. Oceniono trwałość soczewek Fresnela i filtrów optycznych oraz zweryfikowano stabilność dystrybucji światła w roślinach. Wstępne wyniki testów wykazały, że system oferował wyższą wydajność konwersji energii w porównaniu z tradycyjnymi modelami paneli płaskich w tych samych warunkach promieniowania, zapewniając jednocześnie wystarczające spektrum czerwono-zielone dla wzrostu roślin, unikając lokalnego zacienienia i nie zmniejszając plonów. Wstępne sukcesy wspólnego programu zostały opublikowane w międzynarodowym czasopiśmie Plos One, zajmującym pierwsze miejsce w rankingu Q1.
Według przedstawicieli Narodowego Funduszu Rozwoju Nauki i Technologii, projekt badawczy nie tylko dowodzi wykonalności technologii fotowoltaicznej w rolnictwie nowej generacji, ale także otwiera przed Wietnamem ogromne możliwości dołączenia do grona krajów dysponujących technologią skoncentrowanej energii słonecznej dla zrównoważonego rolnictwa. Mając na celu dalszą optymalizację materiałów optycznych, redukcję kosztów i budowę prototypów na większą skalę w latach 2025-2027, oczekuje się, że system będzie mógł przejść do testów terenowych, zostać wdrożony w przedsiębiorstwach i bezpośrednio przyczynić się do realizacji celów Wietnamu w zakresie zielonego rolnictwa, gospodarki o obiegu zamkniętym i energii odnawialnej.
ŚNIEŻNE ŚWIATŁO
Źródło: https://nhandan.vn/dien-mat-troi-cho-nong-nghiep-ben-vung-post926876.html
Komentarz (0)