تولید برق با سایه

شاید در نگاه اول، شبیه فیلم‌های علمی - تخیلی به‌نظر بیاید، اما یک «مولد انرژی سایه‌ای»(SEG)  به‌تازگی ابداع شده و یک نمونه اولیه واقعی به شمار می‌آید. این مدل مفهومی جالب می‌تواند به ما کمک کند تا چگونگی تولید انرژی تجدیدپذیر را در داخل خانه تغییر دهیم.
SEG برای تولید برق، از کنتراست بین تاریکی و روشنایی استفاده می‌کند. این وسیله از مجموعه‌ای از نوارهای نازک با غشای طلایی رنگ که روی یک سیلیکون ویفری شکل قرار گرفته، ساخته شده است. این مجموعه داخل یک پوشش پلاستیکی انعطاف‌پذیر قرار گرفته است.
سایت ساینس آلرت در گزارشی نوشته است: درحالی‌که فضاهای دارای سایه معمولاً برای تولید انرژی تجدیدپذیر خورشیدی مشکل‌ساز هستند،  فضاهای سایه‌ای برای این وسیله می‌توانند کارساز باشند و به تولید برق ادامه دهند. این فناوری که به گفته سازندگان آن، ارزان‌تر از یک سلول خورشیدی معمولی است، مقادیر کمی برق تولید می‌کند و به‌عنوان مثال، می‌تواند برای گجت‌های موبایلی مورد استفاده قرار گیرد.

سایه‌ها همه جا هستند
تان سوئی چینگ که دانشمند رشته مهندسی مواد دانشگاه ملی سنگاپور است، می‌گوید: سایه‌ها همه جا هستند و ما اغلب فضاهای دارای سایه را مکان‌های مناسبی می‌دانیم. در کاربردهای معمولی فتوولتائیک یا اپتوالکترونیک که در آنها از منبع نور ثابت برای تغذیه دستگاه‌های برقی استفاده می‌شود، وجود سایه و فضاهای سایه‌دار موضوع خوشایندی نیست، زیرا باعث کاهش کارایی دستگاه‌ها می‌شود.
فتوولتائیک فناوری تبدیل انرژی نور به الکتریسیته، به وسیله استفاده از نیمه‌رساناهایی است که ویژگی اثر فتوولتائیک دارند. یک سامانه فتوولتائیک با به‌کارگیری پانل‌های خورشیدی که هرکدامشان دارای تعدادی سلول خورشیدی هستند، می‌تواند برق تولید کند. اپتوالکترونیک هم مطالعه و استفاده از دستگاه‌ها و سیستم‌های الکترونیکی است که نور را شناسایی و کنترل می‌کند و معمولاً به ‌عنوان زیرمجموعه حوزه دانش فتونیک (شاخه‌ای از فیزیک و مهندسی که به گسیل، عبور، تقویت و ثبت نور به‌ وسیله ابزار نوری می‌پردازد) محسوب می‌شود. سوئی چینگ می‌گوید: در این کار ما از کنتراست روشنایی ناشی از سایه‌ها به‌عنوان منبع غیرمستقیم انرژی بهره برده‌ایم. کنتراست در روشنایی باعث ایجاد اختلاف ولتاژ بین بخش‌های سایه و نورانی می‌شود و در نتیجه یک جریان الکتریکی ایجاد می‌کند. تولید انرژی در مکان‌های سایه‌دار با استفاده از این مدل مفهومی جدید تاکنون سابقه نداشته است.
آنچه واقعا دستگاه SEG را کارآمد می‌کند، همین کنتراست بین سایه و نور است. این تیم به این نتیجه رسیده است که این دستگاه مولد انرژی دو برابر سلول‌های خورشیدی معمولی، در شرایط مشابه، کارایی دارد.
هنگامی که SEG کاملاً در سایه یا کاملاً در معرض نور است (یعنی زمانی که میزان ولتاژ در کل نوارهای دستگاه یکسان است) یا هیچ انرژی‌ای تولید نمی‌شود یا تولید انرژی آن بسیار کم است.
این تیم با حرکت دادن این دستگاه در انواع سایه‌، اعم از سایه ابرها و سایه‌های متحرک شاخه‌ها و برگ‌های درختان توانسته انرژی کافی (2/1ولت) برای شارژ یک ساعت دیجیتال تولید کند. البته این میزان انرژی می‌تواند در آینده بیشتر هم شود.
اندرو وی، فیزیکدان دانشگاه ملی سنگاپور می‌گوید: ما همچنین دریافته‌ایم که مساحت مطلوب سطح دستگاه برای تولید برق در وضعیتی باید باشد که نیمی از سلول‌های دستگاه SEG در روشنایی و نیمه دیگر در سایه قرار بگیرد، زیرا تولید و جمع‌آوری انرژی در این وضعیت اتفاق می‌افتد. دستگاه SEG همچنین می‌تواند به‌عنوان یک سنسور عمل کند. این دستگاه می‌تواند سایه‌هایی را که از بالای آن عبور می‌کنند حس کند و به این ترتیب قادر خواهد بود حرکت اشیای عبوری را ثبت کند.

کاهش هزینه
 این دستگاه همچنین می‌تواند کاربردهای مختلفی در دستگاه‌های خانه‌های هوشمند داشته باشد و حتی می‌تواند برای تولید حسگرهایی که خودشان انرژی تولید می‌کنند (self-powered sensors) هم استفاده شود.
با وجود این هنوز کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد. اکنون پژوهشگران می‌خواهند با جایگزین کردن غشای طلایی با یک ماده متفاوت، هزینه دستگاه SEG خود را کاهش دهند. این دستگاه همچنین می‌تواند با دستگاه‌های پوشیدنی سازگار شود.
در آینده هرچه روش‌های تولید برق تجدیدپذیر بیشتر شود، با خیالی آسوده‌تر می‌توانیم گجت‌های خود را افزایش دهیم. به این ترتیب برای تولید انرژی نیاز کمتری به سوخت‌های فسیلی خواهیم داشت. اکنون سایه‌ها می‌توانند به فهرست منابع جایگزین انرژی اضافه شوند.
این پژوهشگران در مقاله خود که در مجله
 Energy & Environmental Science منتشر شده است، نوشته اند: دستگاه SEG ما با ویژگی‌هایی چون مقرون به صرفه بودن، سادگی و پایداری، نویدبخش معماری‌های امیدوارکننده‌ای خواهد بود زیرا این دستگاه می‌تواند برای شرایط مختلف، از فضاهای محیطی گرفته تا تغذیه دستگاه‌های الکترونیک، انرژی سبز تولید کند و همچنین به‌عنوان بخشی از سیستم‌های حسگر هوشمند، به‌ویژه در ساختمان‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

فناوری تبدیل انرژی نور به الکتریسیته
فتوولتائیک فناوری تبدیل انرژی نور به الکتریسیته، به‌وسیله استفاده از نیمه‌رساناهایی است که ویژگی اثر فتوولتائیک دارند. یک سامانه فتوولتائیک با به‌کارگیری پانل‌های خورشیدی که هرکدامشان دارای تعدادی سلول خورشیدی هستند، می‌تواند برق تولید کند