Table of Contents
מבוא לאנרגיה סולארית
תעשיית המשלוח העולמית מהווה כמעט 3% מכלל פליטות גזי החממה, והארגון הימי הבינלאומי (IMO) הציב מטרות שאפתניות לצמצום עוצמת הפחמן ב-40% עד 2030 ו-70% עד שנת 2050, בהשוואה לרמות של 2008 אנרגיה סולארית מארינית מציעה מסלול משכנע לדה-פחמיאנמיום של פעילות ימית על ידי המרת אור השמש באופן ישיר על גבי כלי שיט, פלטפורמות אחסון בחו"ל, מבנים ימיים מסורתיים חייבים להתמודד עם מלח, וחשיפה מהירה יותר לקרינת השמש.
אתגרים מרכזיים ב- Marine Solar Panel Deployment
חלוקת לוחות סולאריים בים מציגה קבוצה ייחודית של מכשולים פיזיים וכימיקליים היוצאים הרבה מעבר למתקנים טיפוסיים של גגות.הבנת אתגרים אלה חיונית לבחירתם ולעיצוב החומרים המתקדמים.
מלח מים קורוזיה והתקפה אלקטרוליטית
ערפל המלח ותנוזים ישירים מכילים כלורידים מתמוססים המזרזים את קורוזיה של אנשי קשר מתכת, קישורים ופריטי מסגרת.אפילו זרמים קטנים בcapsulation יכולים לאפשר לטבול לתוך התא, המוביל להשפלה מהירה.חומרים מתקדמים חייבים להיות מפרימים מטבעם-קורטיזנט (כגון סולידי פלדה או מגעים טיטניום) או להיות חתמים ביעילות עם מחסום זה למנוע לחות פגיעת, אך ורקמות מתכת.
קרינה UV ו Photodegradation
בים, חשיפה UV היא אינטנסיבית יותר בשל השתקפות של מים והיעדר מבנים או עצים המספקים צל. הרבה פולימרים גמישים (למשל, PET, פוליקרבונט) צהוב והופכים לערעור תחת UV ממושך, צמצום שידור אור ויושרה מכנית. Encapsulants כגון ethylene tetrafluoethylene (FE) או סרט פלואופולמרי מועדף הם מפני שהם מתנגדים לתאים UVbjected UV, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מוביל יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מוביל יותר להתמקד יותר, 000, 000 אור, 000 מוביל יותר, 000, 000, 000, 000, 000 מוביל יותר, 000, 000, 000, 000, 000 מוביל יותר, 000 אור, 000, 000, 000, 000, 000 אור, 000, 000, 000 אור, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000
מתח מכני ויברציה
אוניות לחוות תנועה מתמדת מגלים, רול, סט, ורטטט המנוע.פאנלים סולאריים חייבים לעמוד בעומסים, השפעות מציוד הסיפון, ועייפות מחזורית. לוחות גמישים יכולים להיות מעוצבים בתוך רדיוס מסוים ללא fracturing השכבה הפעילה, אבל חזרות יכול לגרום מיקרו-קracks בתאי סרט דק.
משקל ועומסים סטרקטיים
כל קילוגרם של משקל נוסף לספינת משפיע על צריכת הדלק וקיבולת המטען.לוח זכוכית נוקשה טיפוסי שוקל כ 10-12 ק"ג / m2, בעוד לוחות גמישים מתקדמים יכולים לשקול 2-4 ק"ג / 2 או פחות.ההפחתה זו קריטית עבור רטרוfitting ספינות ישנות שבו מגבלות העומס נמוכים, או לשימוש על סירות מנופחות וכלי משטח לא מאוישים (USVs), אך קל משקל עדיין חייב לעמוד בפני סוללות גבוהות יותר - הם זקוקים למשטח גבוה יותר - על פני כדור חזק.
המונחים: Stowage Constraints
חלל על אוניות הוא פרמיה, ושטחי הסיפון הם לעתים קרובות רב-תכליתיים - המשמש למניעה, טיפול במטענים, או עוקץ מטען. לוחות סולאריים שניתן לגלגל, מתקפלים, או באופן ידני כאשר מוצב וממושך במהלך המסע הם רצויים מאוד.זה דורש חומרים ששומרים ביצועים חשמליים ומכניים לאחר מחזורים חוזרים ונשנים.
אינטגרציה חשמלית ובטיחות
בתנאים ימיים קשים, כל חיבורים חשמליים חשופים מהווים הלם, אש וסייכוני קורוזיה גליונית. לוחות גמישים משתמשים לעתים קרובות במוליכים סרטניים דקים מודפסים על תת-שכבות פולימר, שיש להם יכולת נמוכה יותר של הקרירות מאשר כבלים נחושת.
חומרים חדשניים ליישומים ימיים
ההתפתחויות האחרונות מתמקדות בחומרים המשלבים גמישות, כוח והתנגדות לקורוזיון. להלן הן הקטגוריות המבטיחות ביותר, כל אחת מהן עם יתרונות ייחודיים אתגרים שנותרו.
חומרים פוטו-וולטאיים אורגניים (OPV)
אורגני photovoltaics להשתמש מוליכים למחצה מבוססי פחמן כדי להמיר אור לחשמל. הם גמישים מטבעם, קל משקל, וניתן לייצר באמצעות הדפסה רול-to-roll - תהליך זול, קנה מידה, OPVs סופגים חלש בכמעט- in the Near-infrared, מה שהופך אותם באופן חלקי שקוף, המהווה יתרון עבור חלונות ומחממות ימיות, OLT הוכח על מחסנים, לעומת 20 יחידות) לעומת זאת, 000 של יעילות נמוכה יותר מאשר תאים של יעילות נמוכה יותר (pipi) לעומת 8 שנים (pipi) לעומת זאת, לעומת סיליקון) לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת סיליקון נמוך יותר מאשר סיליקון (pipi) ב- 0.
תאים סולאריים Perovskite
תאים סולאריים Perovskite יש הרקיעו על יעילות של 3.8% בשנת 2009 ליותר מ 26% היום, יריב מונוקריסטל הסיליקון.הם יכולים להיות מוטבע על תת-שכבות גמישות כמו פוליאתילן terephthalate (PET) או פולימידיד באמצעות עיבוד פתרון. Perovskites מציעים משככי אור וגני טונה, המאפשרים תאים דקים למחצה עבור תאים מבודדים במהירות, 000 לשרירים, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000
ספוטוסים המבוססים על פולימר עם ננו-חומרים
שילוב פולימרים גמישים עם חלקיקים היברידיים (פחמן nanotubes, גרפן, סיליקה או ננו-חומרים) יכול לשפר באופן דרמטי עמידות מכנית, יציבות UV ותכונות מחסום.לדוגמה, שילוב oxide גרף לתוך ממטר פוליאורטן מצמצם את זרימת המים על ידי סדר גודל, הגנה על התא הראשי.
סיליקון דק-סרט (A-Si) ו- CIGS
Amorphousסיליקון (a-Si) ו- Indium Graium סלנלד (CIGS) מבוססים טכנולוגיות פילים דקות שניתן להפקיד על סולידי מתכת גמישים או גליונות פולימרים. a-Si יש יעילות נמוכה יותר (6–8%) אבל הוא מאוד יציב ומשמש כבר במוצרים צרכניים כמו מחשבים אלקטרונים.GS משיג יעילות של 12-15% בצורת גמישה ומציעה יעילות טובה - בהשוואה לסוללות איטיות פחמן, לעומת סיליקון, לעומת פחות, לעומת סיליקון.
Dye-Sensitated Solar Cells (DSSC)
DSSCs להשתמש בצבע כדי לספוג אור ונוזל או אלקטרוליט מוצק כדי להעביר מטען.הם עובדים היטב בתנאים קלים נמוך, יכול להיות גמיש למחצה. בעוד פחות יעיל ( - 10%), הם יכולים להיעשות באמצעות מתכות בשפע כמו titanium ונחושה, הימנעות אלמנטים נדירים. DSSCs הראו הבטחה עבור בנייה מוקרן photovolnedcs וחתימות ימיות, אבל יעילות נמוכה ופוטנציאל שלהם אלקטרו-דלקתית מוגבלת לתוך פריסה מסיבית רחבה.
יתרונות של חומרים מתקדמים
באמצעות חומרים מתקדמים אלה מספק כמה יתרונות עבור פאנלים סולאריים ימיים מעבר למה לוחות זכוכית קשיחים מסורתיים יכולים להציע.יתרונות אלה מתרגמים ישירות להישגים מעשיים עבור מפעילי ספינות ומנהלי אנרגיה offshore.
גמישות ושקיפות
לוחות גמישים יכולים להיות מותקנים על משטחים מעוקלים כגון הקשת המסובבת של יאכטה, גג הטייסת המעוקל, או לאורך התותחים.הם יכולים להיות התגלגלו לאחסון כאשר לא בשימוש - קריטי עבור מתקנים זמניים על כלי אספקה או מיכלים offshore כי חייב להישאר ערער. כמה יצרנים מציעים לוחות שיכולים להיות כפופים לרדיוס של 250 מ"מ ללא נזק, המאפשרים שילוב הקיים ללא יכולת מתאימה, גם כן, וחיסכון רוחי, וגם משפר.
משקל אור
לוחות חומרים מתקדמים שוקלים 70–80% פחות מאשר לוחות נוקשים זהים.עבור ספינת מטען טיפוסית של 10 טון, הוספת 500 ק"ג של לוחות סולאריים יגדילו את העקירה טריוויאלית, אבל עבור כלי שיט קטנים יותר כמו סירות סיור או סירות נופש, כל קילגרמה ספירת קל משקל לאפשר יכולת מותקנת גבוהה יותר ללא מגבלות עומס על הסיפון. הם גם להפחית את הלחץ על חומרה על גבי שטחה יכול להיות מועבר בקלות על ידי אדם יחיד.
עמידות דוריות ושחיתות
חומרים מתקדמים רבים הם מטבעם קורוזיון-resistant. OPV תאים להשתמש מוליכים למחצה אורגניים שאינם corrode; שכבות perovskite מוגנים בדרך כלל על ידי מחסומים חד-חמצני; פולימרים מורכבים אינם חלודים על ידי חיסול מסגרות מתכת ושימוש נירוסטה או טיטניום עבור מגעים, את הלוח כולו ניתן לתכנן כדי לעמוד 1000 שעות של בדיקות מלח עבור B17 זה.
« רגיעה ויציבות
לוחות סולאריים מעומקים שנעשו מחומרים אלה ניתן לאחסן כחבילה רול או מתקפלת במנעליים, ולאחר מכן ללא תשלום מהיר מאובטח עם החזקות פשוטות.זה אידיאלי עבור הדור זמני של כוח על הסיפון של ספינות במהלך גושי נמל, עבור גיבוי חירום, או לשימוש על סירות הצלה וכלי רכב. חלק מהעיצובים משלבים כיפי אוויר מנופחים או מסגרת ניווט מהירה עבור ההתקנה מהירה.
הסתגלות לסביבה דינמית
לוחות גמישים יכולים לעמוד בהתרחבות התרמית וההתכווצות המתרחשות כספינה עוברת דרך אקלים שונה – ממטר טרופי למים הקוטביים. לוחות ריידיים יכולים לסבול משברי מתח כאשר הזכוכית והמסגרת מתרחבים בקצבים שונים.לרובות גמישות פשוט מתנדות.הם גם מתנגדים ל-Beram: בדיקות מראות לוחות גמישים יכולים לשרוד 1 אינץ' ב-50 קמ"ש, בעוד לוחות רזרבות זכוכית.
שיקולים ועיסוקים טובים ביותר
אימוץ לוחות סולאריים ימיים מתקדמים דורש תשומת לב זהירה לשילוב מערכת, עיצוב חשמל, והליכים תפעוליים כדי למקסם את קציר האנרגיה והבטיחות.
מערכות הרהורים וחיבור
לוחות גמישים יכולים להיות דבק עם קלטות דביקות ברמה ימית (3M VHB) או מבריכים דרך grommets. עם זאת, עלייה דבק רגישה להכנת פני השטח - הסיפון או גג חייב להיות נקי, יבש, וחופש של ציפויים ישנים.עבור מערכות מבוזרות, מגנטיות (מגנטי אלומיניום מוצצים גומי) לאפשר דבקות מהירה וללא כלים, אבל הם צריכים להיות מדורגים עבור צינורות אוויריים (גם) ועלולים להיות גם להיות prescribed עבור תאים קפואים.
מערכת חשמל וידוי
לוחות סולאריים ימיים בדרך כלל להאכיל בקר ובנק סוללות מטען. לוחות גמישים לעתים קרובות יש מתח נמוך יותר ופלטים נוכחיים; לוחות מרובים צריך להיות מחווטים בסדרה-מקבילה כדי להתאים את המערכת עם ערפל מינימלי. ppass diodes הם הכרחיים למנוע הפסדים מ השקיה, אנטנה, או פטריות.D. c-waterring חייב להיות בגודל עבור ירידה מתח מוגן עם פורצים במהירות.
בטיחות והליך חירום
כל חיבורי החשמל חייבים להיות מלוטשים.פאנלים צריכים להיות מצוידים עם ניתוק ידני שהצוות יכול לפעול במקרה של אש, לוחות גמישים עשויים לשרוף שונה מאשר זכוכית - הם יכולים להמיס או טפטוף, כך שתוכנית הדיכוי באש צריכה לקחת בחשבון עבור זה. Lithium-ion סוללה אחסון עבור אנרגיה סולארית דורש ventilation ו ניטור טמפרטורה.
השפעות סביבתיות ומחזוריות
חומרים מתקדמים, במיוחד אורגני ו perovskite, ניתן לתכנן עבור מחזור קל יותר מאשר לוחות מסורתיים.ה-FLT:0 (International Renewable Energy Agency (IRENA) דוחות LILT:1 כי מחזור של לוחות פילים דק-סרט הוא אפשרי מבחינה טכנית אך עדיין לא פרוס נרחב. יצרנים צריך לספק תוכניות קבלה.
פרספקטיבה עתידית וטכנולוגיות מתפתחות
מחקרים מתקדמים נועדו לשפר עוד יותר את היעילות ואת תוחלת החיים של לוחות סולאריים ימיים שנעשו מחומרים מתקדמים.כמה כיוונים מבטיחים שווה לצפות.
מחיאות כפיים ו-Acapsulants
מיקרוcapsules המכילים סוכני ריפוי (למשל, dicyclopentadiene או epoxy) ניתן להטמיע בשכבה encapsulation.כאשר סדקים, הקפסולות קרע ושחרור הסוכן, אשר פולימרים ואיטום את הפגם.זה יכול להאריך את חיי פאנל במשך שנים, במיוחד בסביבות ימיות abrasive.
היברידית ו Tandem Cell Configurations
חיתוך חומרים שונים (למשל, perovskite על גבי סיליקון) יכול להגדיל את היעילות מעבר 30% על ידי לכידת חלקים שונים של הספקטרום. גמיש תאים טנדם באמצעות סיליקון דק ואת perovskite מפותחים, אבל המורכבות של ייצור והתרחבות תרמית מותאמת כראוי אתגרים הנוכחי.אם תאים כאלה יכולים לספק צפיפות גבוהה כוח בחבילה קלה, אידיאלי עבור כלי חלל מאומנים.
פאנלים של שימוש ב Marine
תאי השמש של Bifacial ללכוד אור משני הצדדים, עלייה של עד 30% יותר אנרגיה בסביבות עם משטח מים רפלקטיביים. לוחות באפיון גמישים נבדקים כעת על קטמרנים, שבו החלק התחתון יכול לאסוף אור משתקף את הסיפון או הים. גליונות אחוריים עבריים עשויים ETFE משמשים, אבל הם חייבים לשמור על שלמות מבנית.
שילוב עם אנרגיית הגל ומחסן
מערכות היברידיות המשלבות שמש גמישה עם ממירי אנרגיה גל (למשל, buoys צף עם השמש המשובחת) יכול לספק כוח מתמשך בתנאים משתנים.חומרים חייבים להיות תואמים עם שני סוגי החשיפה.מערכות משולבות תחת ניסיון של buoys ניטור האוקיינוס. בנוסף, סוללות מוצקות חדשות עם צפיפות אנרגיה גבוהה מחזור חיים ארוך משולבים ישירות לתוך המצע עבור יחידת כוח קומפקטי, המכיל עצמי כזה יכול להיות פרוסת יחידות "מחץ" או "כוח מרוחק" על גבי שמיכות" או ".
תאומים דיגיטליים ותחזוקה חיזוי
חומרים מתקדמים נהנים מ ניטור מצב.חיישנים משובצים בלוחות (טמפרטורה, לחות, מתח) יכולים לדווח באופן אלחוטי על נתונים לתאום דיגיטלי - מודל וירטואלי המנבא חיים ולוח זמנים תחזוקה. תעשיית המשלוח נעה לכיוון כלי רכב אוטונומיים, ודור סולארי אמין יהיה חלק מרכזי של ניהול חשמל עבור ספינות אלה. AI יכול לייעל את לוח הזמנים אוריינטציה ופריסה של לוחות גמישים המבוססים על מזג אוויר ותוואי, למקסם את האנרגיה לפני איסוף מחדש.
לסיכום, חומרים מתקדמים עבור לוחות סולאריים גמישים ופרופורטיביים הם מצלחים במהירות, מונעים על ידי הצורך באנרגיה מתחדשת על ספינות ופלטפורמות offshore. בעוד שום חומר אחד עדיין מושלם, השילוב של photovoltaics אורגני, תאים perovskite, וננוקום פולימרים, יחד עם יותר encapsilisulation וטכנולוגיות של החייאה עצמית, מוריד את החסמים לאימוץ נרחב ומהנדסים ימיים היום כדי להגדיל את החומרים האלה כדי למקם את פליטות אוויריות גבוהה יותר.