Table of Contents
فن آوری های انرژی تجدید پذیر برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و انتقال به منابع انرژی پایدار ضروری هستند، بهره وری و امکان سنجی آنها توسط اصول ترمودینامیک اساسی محدود می شود. درک این محدودیت ها به تعیین انتظارات واقعی و هدایت توسعه فن آوری کمک می کند.
اصول ترمودینامیکی بنیادی
ترمودینامیک بر تبدیل انرژی از یک شکل به شکل دیگر حکومت می کند.قانون دوم ترمودینامیک بیان می کند که آنتروپی در یک سیستم جدا شده تمایل به افزایش دارد که محدودیت هایی را بر کارایی فرآیندهای تبدیل انرژی تحمیل می کند.این اصل بر تمام سیستم های انرژی تجدید پذیر، از پانل های خورشیدی تا توربین های بادی تأثیر می گذارد.
محدودیت در قدرت خورشیدی
سلول های فتوvoltaic (PV) نور خورشید را به برق تبدیل می کنند، اما بهره وری آنها توسط محدودیت شوکلی-Queisser محدود است که تقریبا 33٪ برای سلول های تک نفره است.این محدودیت از ملاحظات ترمودینامیک مربوط به تفاوت انرژی بین انرژی فوتون و گروه از مواد تشکیل شده است.
انرژی باد
توربین های بادی انرژی خویشاوندی را از هوای متحرک استخراج می کنند. محدودیت بر روی باد می گوید که هیچ توربینی نمی تواند بیش از 59.3% انرژی خویشاوندی را در باد جذب کند.این محدودیت اساسی از نیاز به هوا برای عبور از توربین، جلوگیری از استخراج کامل انرژی.
سایر تکنولوژی های تجدید پذیر
سیستم های ژئوترمال و هیدروالکتریک نیز با محدودیت های ترمودینامیک مواجه هستند، به عنوان مثال، بهره وری نیروگاه های حرارتی بستگی به تفاوت دما بین منبع گرما و سینک دارد که به طور مشابه توسط خواص حرارتی زمین محدود می شود، بهره وری هیدروالکتریک توسط انرژی بالقوه موجود از جریان آب محدود می شود.