211service.com
Tiesioginės saulės energijos panaudojimas varymui
Saulė yra gausiausias atsinaujinančios energijos šaltinis. Tačiau visoms technologijoms, naudojančioms saulės šviesą, įskaitant fotovoltinę energiją ir biokurą, reikia tarpinių žingsnių ir infrastruktūros, kad saulės spindulius būtų galima panaudoti darbui mašinoje. Kalifornijos universiteto Berklio tyrėjai naudoja anglies nanovamzdelius, kad sukurtų mažas, paprastas vandens mašinas, varomas tiesiogiai saulės spindulių. Teoriškai, jų teigimu, šios mašinos galėtų būti padidintos, kad būtų galima gaminti energiją generuojančius siurblius, kurie būtų tiesiogiai maitinami saulės.
Saulės sukimasis: Keturių pelekų rotorius (centras), plūduriuojantis ant vandens telkinio, sukasi veikiamas saulės spindulių. Kairėje pusėje yra objektyvas, naudojamas nukreipti saulės šviesą į rotorių; ryški forma šalia rotoriaus yra atspindėta saulės šviesa.
Saulės energija varomos mašinos priklauso nuo vandens paviršiaus įtempimo. Vandens molekulės stipriai traukia viena kitą. Šios didelės energijos sąveikos tinkamomis sąlygomis gali traukti objektus per vandenį. Berklio aparatai yra skaidraus plastiko gabalėliai, maždaug centimetro ilgio ilgiausiame krašte, įtaisyti vertikaliai išlygintų anglies nanovamzdelių juostelėmis. Kai saulės arba lazerio šviesa nukreipiama į mašiną, plūduriuojančią ant vandens telkinio, nanovamzdeliai įkaista ir šildo aplink juos esantį vandenį. Dėl to sumažėja paviršiaus įtempimas, lokalizuotas vienoje mašinos srityje, kuri savo ruožtu stumiama į priekį nuo žemo įtempimo paviršiaus dalies.
Kitos panašios sistemos sumažina paviršiaus įtampą naudodamos elektros impulsus, tačiau tam reikalingas maitinimo šaltinis, pvz., baterija arba saulės elementas. Tai geriau, nes pašalinate tarpininką ir daug dirbate, sako Aleksas Zettlas , Berklio kondensuotųjų medžiagų fizikos profesorius, vadovavęs tyrimų grupei Jean M.J. Fréchet , chemijos ir chemijos inžinerijos profesorius. Manome, kad kažko siekiame, nes paviršiaus įtempis yra labai galingas, sako Zettl.
Iki šiol Berklio komanda demonstravo dvi pagrindines saulės energija varomas mašinas. Pirmoji, plastikinė stačiakampė valtis su nanovamzdelio juostele gale, atlieka linijinį judesį. Nukreipus lazerio šviesą arba naudojant objektyvą, kad sufokusuotų saulės šviesą nanovamzdelio juostelės centre arba jos kampuose, valtis gali būti nukreipta tiesiai į priekį arba ratu. Kai šviesa sutelkta į jį, maždaug centimetro ilgio valtis gali plaukti net aštuoniais centimetrais per sekundę. Antroji mašina yra paprastas rotorius su viena nanovamzdelio juostele kiekvienoje iš keturių pelekų pusėje. Veikiamas tiesioginių saulės spindulių, jis sukasi maždaug 70 apsisukimų per minutę. Abi mašinos laboratorijoje buvo išbandytos tik konteineriuose.
Suodžiai: Vertikalios anglies nanovamzdelių matricos, čia parodytos įterptos į skaidrų polimerą, sugeria beveik visą į juos patenkančią saulės šviesą. Šis skenuojantis elektroninis mikrografas rodo vienos iš valčių kraštą.
Tai gana paprastas dalykas, tačiau tai įmanoma dėl sudėtingų medžiagų, sako Zettl. Anksčiau šį mėnesį Japonijos Meijo universiteto mokslininkai nustatė, kad anglies nanovamzdeliai, išdėstyti miško pavidalo vertikaliose matricose, yra juodiausias kada nors išbandytos medžiagos, sugeriančios beveik visą ant jų patenkančią šviesą. Fréchet sako, kad ši medžiaga pasižymi idealiomis savybėmis rinkti energiją iš saulės.
Zettl ir Fréchet teigia, kad teoriškai šie šiluminio paviršiaus įtempimo efektai turėtų būti keičiami. Berkeley grupė pradėjo nuo milimetro mastelio mašinų ne tik todėl, kad jas buvo patogu išbandyti laboratorijoje, bet ir dėl to, kad manipuliuoti tokio dydžio objektais skystyje kelia ypatingų iššūkių. Turbulencija yra didžiulis veiksnys milimetro skalėje, sako Fréchet. Šviesa varomas mechanizmas gali būti naudojamas nanomasteliniams objektams perkelti per mikrofluidinius prietaisus, naudojamus medicininei diagnostikai. Nano skalėje, sako Fréchet, paviršiaus įtempimas pranoksta gravitaciją. Tyrėjai taip pat tikisi išplėsti savo darbą kurdami tikrus laivus. Didelio laivo gale sumontuoti lęšiai turi nukreipti pakankamai saulės spindulių į sugeriančius nanovamzdelius, kad jie judėtų. Jie taip pat tikisi pagaminti didelius į nanovamzdelius įterptus rotorius generatoriams, maitinamiems saulės.
Dabar jie turi pamatyti, ar tai veiks tikroje aplinkoje, sako Deanas Alhornas, NASA saulės valdomo palydovo inžinierius. NanoSail-D . NASA palydovas, kuris buvo išbandytas šią vasarą, naudoja atspindinčią medžiagą, kad sugertų fotonų impulsą, o ne šilumą; ši technologija turėtų gerai veikti kosmoso vakuume, bet nebuvo praktiška Žemėje. Alhornas sako, kad Zettl ir Fréchet tvirtai įrodė, kad mažytės valtys pajuda ne kas nors kita, o šviesa. Tačiau jis pažymi, kad mašinos buvo išbandytos tik laboratorijoje esančiuose vandens kubiluose. Alhornas sako, kad tyrėjai turės atsakyti į klausimą, kiek jėgos jie gali sukurti, palyginti su priešingomis jėgomis, tokiomis kaip bangos realiame pasaulyje?
Iš tiesų, Berklio mokslininkai teigia, kad kitas jų žingsnis yra tolesnis jų įrenginių projektavimas. Tai gali būti labai efektyvu, nes nanovamzdeliai taip gerai sugeria šviesą, tačiau turime išsiaiškinti, ar tai yra perspektyvi termodinaminė sistema, sako Zettl.