درک مسیرها با پنل‌ های خورشیدی : شکست مهندسی

درک مسیرها با پنل ‌های خورشیدی : شکست مهندسی

 

پنل‌ های خورشیدی – تصور می‌شد که جاده‌های خورشیدی جام مقدس بحران انرژی جهان هستند‌، اما آنها کاملاً به هدف پاسخ نمی‌دهند.

 

جاده‌های خورشیدی را به خاطر می‌آورید؟ به عنوان یک یادآوری، ایده‌ Solar Roadways در سال 2014 پس از ادعای حل نهایی بحران انرژی جهانی‌، به طور گسترده پخش شد. ایده ساده بود: کاشت صفحات خورشیدی در جاده‌ها برای تولید برق.

 

گفته می‌شود که این تابلوها همچنین با جایگزینی خطوط نقاشی شده‌، جاده ها را با الگوهای مختلف LED روشن می‌کنند. برای زمستان‌، سیم پیچ‌های گرمایشی می‌توانند برف و یخ‌ها را ذوب کنند – همه در حالی که برق تولید می‌کنند و به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارند.

 

پس از سال‌ها توسعه و میلیون‌ها دلار (از جمله بودجه دولت) ، هیچ یک از جاده های خورشیدی که امروز نصب شده‌اند ، تولید کننده انرژی مقرون به صرفه یا کارآمد نیستند.

 

جاده‌ها گران هستند و برق بسیار کمتری نسبت به آنچه در صورت استفاده از پول در یک مزرعه خورشیدی – یا به سادگی قرار دادن صفحات کنار جاده ، تولید می‌شود ، تولید می‌کنند. همانطور که مشخص شد‌، موانع بسیار زیادی در مورد تبدیل جاده‌ها به صفحه‌های بزرگ خورشیدی وجود دارد.

 

 

یک شکست مهندسی

 

با گستره شبکه جهانی جاده بین 21 تا 32 میلیون کیلومتر (13 تا 19.8 میلیون مایل)‌، به نظر منطقی می‌رسد که پوشاندن فقط بخشی از آنها با صفحات خورشیدی می‌تواند مقدار قابل توجهی برق تولید کند.

 

از نظر تئوری قرار دادن صفحات خورشیدی در بخش کوچکی از جاده‌ها باید به اندازه کافی انرژی تولید کند تا کل دنیا را تأمین کند. با این وجود ، این تنها در بهترین شرایط – زمانی که صفحات خورشیدی در معرض تابش مستقیم آفتاب هستند – امکان پذیر است.

 

بزرگترین مشوق پروژه توانایی آن در پرداخت هزینه‌های خود و بازده خوب سرمایه گذاری (ROI) بود. در عوض‌، این پروژه‌ها مشکلات زیادی ایجاد کرده و نیاز به تعمیر و نگهداری گسترده دارند. اگرچه این فناوری سال‌هاست در حال توسعه است‌، اما این ایده هنوز قابل استفاده نیست.

 

 

عدم وجود نور کافی

 

در یک مزرعه خورشیدی سنتی‌، صفحه‌های خورشیدی به سمت خورشید زاویه دارند تا حداکثر بهره‌وری را داشته باشند.

 

در مزارع پیشرفته‌تر ، پنل‌ها برای ردیابی خورشید ساخته می‌شوند. این موضوع همچنین میزان انرژی را که می‌توانند استخراج کنند‌، بهبود می‌بخشد. یک صفحه خورشیدی معمولی می‌تواند حدود 20 درصد از انرژی خورشید را به بر ق تبدیل کند.

 

بهینه‌سازی میزان نوری که پنل‌ها در معرض آن هستند برای اجرای یک سیستم مقرون به صرفه ضروری است. از طرف دیگر‌، جاده‌ های خورشیدی به صورت مسطح قرار دارند‌.  و از نظر تابش مستقیم خورشید در هنگام کارایی پنل‌ها‌، بهره‌ی آنها را به حداقل می‌رساند. قرار دادن یک سلول خورشیدی به صورت مسطح بازده‌ی آن را تا 60 درصد پایین می‌آورد. علاوه بر این بخشی از انرژی تولیدی نیز توسط محیط جذب می‌شود.

 

صفحات تخت همچنین بیشتر مستعد ماندن در سایه هستند، حتی اگر اتومبیلی روی آنها حرکت نکند. در سایه ماندن بیش از 5 درصد از سطح یک صفحه می‌تواند تولید برق را 50 درصد کاهش دهد. همچنین پنل‌ها احتمالاً توسط خاک و گرد و غبار پوشانده شده‌اند و برای مقاومت در برابر وزن ترافیک به شیشه های بسیار ضخیم‌تری نسبت به پنل‌های معمولی نیاز دارند که باعث کاهش بیشتر نور جذب شده می‌شود.

 

علاوه بر این‌، پنل‌هایی که در محل خود ثابت شد‌اند از مزیت گردش هوا بهره‌مند نیستند و احتمالاً بیش از پنل‌ های خورشیدی پشت بام گرم می‌شوند و همین امر باعث می‌شود کارآیی کمتری داشته باشند. به ازای هر 1 درجه سانتیگراد (33 درجه فارنهایت) بیش از دمای مطلوب ، صفحه خورشیدی تقریباً 0.5 درصد بازده انرژی را از دست می‌دهد.

 

 

LED ها در طول روز به سختی قابل مشاهده هستند

 

یکی از ویژگی‌هایی که برای جاده‌های با پنل خورشیدی وعده داده شد، گنجاندن LED هایی بود که جایگزین ضرورت خط‌کشی در جاده‌ها می شود. با این وجود‌، باید با نمایان ساختن چراغ‌ها و در عین حال عدم مصرف زیاد برق ، تعادل حیاتی برقرار شود.

 

با LED های فعلی ، مصرف برق هنوز خیلی زیاد است و چراغ ها خیلی سریع می سوزند تا از نظر اقتصادی از نظر اقتصادی مناسب باشند. LED‌های مورد استفاده در چراغ‌های راهنمایی از محافظ برای جلوگیری از تابش مستقیم نور خورشید و روشن‌تر نشان دادن چراغ ها استفاده می‌کنند.

 

در جاده خورشیدی‌، محافظت از چراغ ها دشوار است. در شب‌، آنها به راحتی قابل مشاهده هستند. اما این نیز یک مشکل ایجاد می‌کند: بدون تولید برق در شب‌، چراغ ها مستقیماً برق را از شبکه می‌گیرند.

 

در سال 2017 گروه پنل ‌خورشیدی جاده‌ای، یک قسمت کوچک از جاده خورشیدی با مساحت 13.9 متر مربع در Sandpoint ، آیداهو نصب کرد. اما نتایج چشمگیر نبود.

 

متأسفانه قسمت کوچکی از صفحات خورشیدی تقریباً بلافاصله شکست و بعداً آتش گرفت. همچنین‌، چراغ‌ها حتی در زوایای مستقیم جاده نیز به سختی قابل دیدن هستند. این پنل‌ها به روزرسانی شده‌اند ، اما دیدن چراغ‌ها بدون اینکه در زاویه بالا باشند بسیار دشوار است.

 

خصوصیات شیشه خود توانایی تولید برق در جاده را بیشتر محدود می‌کند. خاک و برگ‌ها روی سطح جمع می‌شوند و به عنوان ماده ساینده‌ای عمل می ‌نند که جاده را خراشیده و به سرعت می‌سایند و قطعات شیشه‌ای ممکن است باعث فرسودگی بیشتر اتومبیل‌های استفاده کننده از جاده شود.

 

برای محافظت از پنل‌ های خورشیدی ‌، از پلیمرهای پیشرفته برای ساخت جاده‌ها استفاده شده است. با این حال‌، ساخت این نوع پلیمرهایی که بتواند در برابر نیروی ثابت ترافیک مقاومت کند‌، در مقادیر کافی گران است. این ماده همچنین به طور معمول از سوخت‌های فسیلی ساخته می‌شود و هدف استفاده از صفحات خورشیدی برای کاهش اثر کربن را با شکست مواجه می کند.

 

ایده جایگزینی آسفالت با صفحه شیشه‌ای با در نظر گرفتن هزینه حتی بی‌معنی‌تر است. در حال حاضر‌، هیچ پوششی موجود نیست که بتواند در مقابل نیروی خودروهای در حال حرکت مقاومت کند اما در عین حال برق تولید کند.

 

 

ایده کاملاً گران

 

Solar Roadways ادعا می‌کند که پوشش جاده‌ی 48 جنوبی ایالات متحده با جاده‌های خورشیدی (حدود 6 میلیارد متر مربع) سه برابر بیشتر از مصرف سالانه برق ایالات متحده برق تولید می‌کند.

 

با این حال‌، این امر نه تنها فرض می ‌ند که جاده‌ها همانطور که تبلیغ می شود کار می‌کنند ، بلکه در هزینه چنین پروژه نجومی نیز را در نظر نگرفته. برای اجرای پروژه نمایشی در آیداهو‌، ظرفیت این پنل‌ها 1.529 کیلووات هزینه‌ای بالغ بر 48734 دلار بود که به معنی هزینه حدود 33000 دلار برای هر کیلووات نصب شده است.

 

یعنی 20 برابر بیشتر از نیروگاه خورشیدی. Solar Roadway تخمین می‌زند که چراغ‌های ال‌ای‌دی 106 مگاوات ساعت در هر مایل را مصرف می‌کنند و پنل‌ها 415 مگاوات ساعت تولید می‌کنند – بنابراین بیش از 25 درصد از انرژی مفید توسط ال‌ای‌دی‌ها مصرف می‌شود.

 

تصور این ایده جالب است. با این وجود‌، با توجه به موادی که امروزه در دسترس است ، کاملاً امکان پذیر نیست. تحقیقات بیشتری برای توسعه یک راه حل مناسب لازم است.

 

اگرچه‌، بهتر است جایگذاری پنل‌ های خورشیدی را متناسب کنید و آنها را در مکان‌هایی قرار دهید که در معرض تابش مستقیم آفتاب قرار بگیرند. در واقع‌، ساختمان‌ها فضای بسیار بیشتری از جاده‌ها را پوشش می‌دهند.

 

بنابراین‌، فقط پوشاندن کسری از پشت بام‌های موجود با صفحات خورشیدی بلافاصله انرژی بیشتری نسبت به قرار دادن آنها در جاده‌ها می‌دهد و این فناوری در حال حاضر کار می‌کند.