सौर दर्पण

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लुईस रिसर्च केंद्र, नवंबर 1966 में सौर संग्राहक प्रयोगशाला में सौर दर्पण

सौर दर्पण में सौर ऊर्जा को प्रतिबिंबित करने के लिए परावर्तक परत के साथ सब्सट्रेट होती है, और अधिकतर स्थितियों में हस्तक्षेप परत होती है। यह सौर ऊर्जा प्रणालियों के लिए पर्याप्त रूप से केंद्रित प्रतिबिंब कारक प्राप्त करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सौर दर्पणों का समतल दर्पण या परवलयिक सरणियाँ हो सकता है।

स्थलीय ऊर्जा के लिए उपयोग किए जाने वाले सौर दर्पणों के बारे में अधिक जानकारी के लिए हेलियोस्टेट लेख देखें।

अवयव

ग्लास या धातु सब्सट्रेट

सब्सट्रेट यांत्रिक परत है जो दर्पण को आकार में रखती है।

अन्य परतों को घर्षण और क्षरण से बचाने के लिए ग्लास को सुरक्षात्मक परत के रूप में भी उपयोग किया जा सकता है। चूंकि कांच भंगुर है, यह इस उद्देश्य के लिए अच्छी सामग्री है, क्योंकि यह अत्यधिक पारदर्शी (कम ऑप्टिकल हानि), पराबैंगनी प्रकाश (यूवी) के लिए प्रतिरोधी, अधिक कठोर (घर्षण प्रतिरोधी), रासायनिक रूप से निष्क्रिय और स्वच्छ करने में अधिक सरल है। यह दृश्य और अवरक्त श्रेणियों में उच्च ऑप्टिकल संचरण विशेषताओं के साथ फ्लोट ग्लास से बना है, और दृश्य प्रकाश और अवरक्त विकिरण को प्रसारित करने के लिए विन्यस्त किया गया है। शीर्ष सतह, जिसे पहली सतह के रूप में जाना जाता है, कुछ घटना सौर ऊर्जा को प्रतिबिंबित करेगी, प्रतिबिंब गुणांक के कारण इसकी अपवर्तन की सूचकांक हवा से अधिक होने के कारण होती है। अधिकांश सौर ऊर्जा ग्लास सब्सट्रेट के माध्यम से दर्पण की निचली परतों में प्रेषित होती है, संभवतः कुछ अपवर्तन के साथ, घटना के कोण (ऑप्टिक्स) के आधार पर जब प्रकाश दर्पण में प्रवेश करता है।

धातु सबस्ट्रेट्स (धातु दर्पण परावर्तक) का उपयोग सौर परावर्तकों में भी किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, नासा ग्लेन रिसर्च केंद्र, ने अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन के लिए प्रस्तावित विद्युत व्यवस्था के लिए प्रोटोटाइप परावर्तक इकाई के रूप में धातु मधुकोश पर परावर्तक एल्यूमीनियम सतह वाले दर्पण का उपयोग किया।[1] एक तकनीक एल्यूमीनियम समग्र परावर्तक पैनलों का उपयोग करती है, जो 93% से अधिक परावर्तकता प्राप्त करती है और सतह की सुरक्षा के लिए विशेष लेपन के साथ लेपित होती है। धातु परावर्तक ग्लास परावर्तकों पर कुछ लाभ प्रदान करते हैं, क्योंकि वे हल्के और कांच की तुलना में ठोस होते हैं और अपेक्षाकृत सस्ते होते हैं। परावर्तकों में परवलयिक आकार को बनाए रखने की क्षमता एक अन्य लाभ है, और सामान्यतः उपफ्रेम आवश्यकताओं को 300% से अधिक कम कर दिया जाता है। शीर्ष सतह प्रतिबिंब लेपन उच्च दक्षता के लिए अनुमति देता है।

चिंतनशील परत

प्रतिबिंबित परत को ग्लास सब्सट्रेट के माध्यम से वापस सौर ऊर्जा की घटना की अधिकतम मात्रा को प्रतिबिंबित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। परत में अत्यधिक परावर्तक पतली धातु की फिल्म होती है, सामान्यतः या तो चांदी या एल्यूमीनियम, किन्तु कभी-कभी अन्य धातुएं भी होती है। घर्षण और जंग के प्रति संवेदनशीलता के कारण, धातु की परत सामान्यतः शीर्ष पर (कांच) सब्सट्रेट द्वारा संरक्षित होती है, और नीचे सुरक्षात्मक लेपन, जैसे तांबे की परत और वार्निश के साथ पूर्ण किया जा सकता है।

सामान्य दर्पणों में एल्यूमीनियम के उपयोग के बाद भी, सौर दर्पण के लिए एल्यूमीनियम को सदैव परावर्तक परत के रूप में उपयोग नहीं किया जाता है। परावर्तक परत के रूप में चांदी का उपयोग उच्च दक्षता स्तर तक ले जाने का प्रमाणित किया जाता है, क्योंकि यह सबसे अधिक परावर्तक धातु है। यह विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम के पराबैंगनी क्षेत्र में एल्यूमीनियम के प्रतिबिंब कारक के कारण है। पहली सतह पर एल्युमीनियम परत का पता लगाने से यह अपक्षय के संपर्क में आ जाता है, जिससे दर्पण का संक्षारण प्रतिरोध कम हो जाता है और यह घर्षण के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाता है। एल्यूमीनियम में सुरक्षात्मक परत जोड़ने से इसकी परावर्तकता कम हो जाती है।

हस्तक्षेप परत

कांच सब्सट्रेट की पहली सतह पर हस्तक्षेप परत स्थित हो सकती है।[2] इसका उपयोग प्रतिबिंब को तैयार करने के लिए किया जा सकता है। इसे ग्लास सब्सट्रेट से गुजरने से रोकने के लिए निकट-पराबैंगनी विकिरण के फैलाने वाले प्रतिबिंब के लिए भी डिजाइन किया जा सकता है। यह दर्पण से निकट-पराबैंगनी विकिरण के समग्र प्रतिबिंब को अधिक सीमा तक बढ़ाता है। टाइटेनियम डाइऑक्साइड जैसे वांछित अपवर्तक सूचकांक के आधार पर हस्तक्षेप परत कई सामग्रियों से बना हो सकती है।

निष्क्रिय दर्पण शीतलन अनुप्रयोग

सौर विकिरण प्रबंधन के लिए निष्क्रिय दिन के समय विकिरण शीतलन के रूप में सौर दर्पणों का उपयोग स्थानीय तापमान में वृद्धि के साथ-साथ ग्लोबल वार्मिंग को कम करने के लिए प्रस्तावित किया गया है।[3] प्रस्तावों ने पृथ्वी की सतह और अंतरिक्ष दोनों में सौर दर्पणों के उपयोग पर ध्यान केंद्रित किया है।

स्थलीय अनुप्रयोग

See also: निष्क्रिय दिन के समय विकिरण शीतलन

निष्क्रिय दर्पण शीतलन प्रणाली सौर विकिरण को प्रतिबिंबित करके तापमान को कम करती है जबकि दर्पण के आधार को गर्मी के प्रवेश से बचाती है।[4] इस तरह की प्रणालियों की प्रभावशीलता दर्पणों पर धूल के संचय के साथ कम हो सकती है, अधिकतम धूल संचय से दर्पण की प्रभावशीलता 63% कम हो जाती है। चूँकि, दर्पण वर्षा से स्वयं स्वच्छ हो सकते हैं (मिट्टी की दर को 18.6% तक कम कर सकते हैं) या मनुष्यों द्वारा स्वच्छ किया जा सकता है।[5]

स्थानीय स्तर पर, आवासीय और वाणिज्यिक भवनों को ठंडा करने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा की उपभोग को कम करने के लिए निष्क्रिय दर्पण शीतलन प्रणाली प्रयुक्त किए गए हैं और इस प्रकार वातानुकूलनकी आवश्यकता को पूरा करते हैं।[3] जब निष्क्रिय प्रतिबिंबित सतहों को छतों पर रखा जाता है, तो उन्हें विद्युत की उपभोग और ठंडा करने की व्यय को कम करने के लिए दिखाया गया है, एक स्थिति के अध्ययन से व्यय में 15% की कमी आई है।[6]

जबकि वैश्विक स्तर पर सौर विकिरण प्रबंधन के रूप में सौर दर्पणों का उपयोग प्रस्तावित किया गया है, अधिक डेटा और धन की आवश्यकता है। निष्क्रिय विकिरण शीतलन की कम व्यय की क्षमता के साथ-साथ सौर विकिरण को कम करने में इसकी भूमिका के बारे में जागरूकता बढ़ने से अनुप्रयोगों में वृद्धि हो सकती है।[6] बड़े पैमाने पर निष्क्रिय दर्पण शीतलन अनुप्रयोगों का समर्थन करने वाले शोधकर्ता, जैसे कि एमईईआर के ताओ, का ये कहना है कि केवल कार्बन डाइऑक्साइड हटाने से वैश्विक तापमान में वृद्धि को जीवन-धमकी के स्तर को पार करने से रोकने के लिए पर्याप्त तीव्रता से काम नहीं होगा।[7]


सौर तापीय अनुप्रयोग

पृथ्वी की सतह पर सौर विकिरण से सौर तापीय ऊर्जा की तीव्रता लगभग होती है 1 kilowatt per square metre (0.093 kW/sq ft), स्पष्ट-आकाश की परिस्थितियों में, सूर्य की दिशा के सामान्य क्षेत्र में, साफ आसमान की स्थिति में है। जब सौर ऊर्जा असंकेंद्रित होती है, तो अधिकतम संग्राहक तापमान लगभग 80–100 °C (176–212 °F) होता है। यह स्थान गर्म करने और पानी गर्म करने के लिए उपयोगी है। उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए, जैसे खाना पकाने, या ताप इंजन या टरबाइन-विद्युत जनरेटर की आपूर्ति के लिए, यह ऊर्जा केंद्रित होनी चाहिए।

स्थलीय अनुप्रयोग

विद्युत उत्पन्न करने के लिए केंद्रित सौर ऊर्जा (सीएसपी) का उत्पादन करने के लिए सौर तापीय प्रणालियों का निर्माण किया गया है।[8][9] बड़ा सैंडिया लैब सौर ऊर्जा टावर सौर दर्पण संकेंद्रक द्वारा गर्म किए गए स्टर्लिंग इंजन का उपयोग करता है।[10] एक अन्य विन्यास गर्त प्रणाली है।[11]


अंतरिक्ष शक्ति अनुप्रयोग

सौर ऊर्जा उपग्रहों सहित विभिन्न अंतरिक्ष यान अनुप्रयोगों के लिए "सौर गतिशील" ऊर्जा प्रणालियों का प्रस्ताव किया गया है, जहां परावर्तक सूर्य के प्रकाश को ब्रेटन चक्र प्रकार जैसे ताप इंजन पर केंद्रित करता है।[12]


फोटोवोल्टिक वृद्धि

फोटोवोल्टिक सेल (पीवी) जो सौर विकिरण को सीधे विद्युत में परिवर्तित कर सकते हैं, प्रति इकाई क्षेत्र में अधिक महंगे हैं। कुछ प्रकार के पीवी सेल, उदाहरण, गैलियम आर्सेनाइड, यदि ठंडा किया जाता है, तो 1,000 गुना अधिक विकिरण को कुशलता से परिवर्तित करने में सक्षम होता है, जो सामान्य रूप से सीधे सूर्य के प्रकाश के साधारण संपर्क द्वारा प्रदान किया जाता है।

एमोनिक्स कॉर्प के लिए सेवांग यून और वाहन गरबोशियन द्वारा किए गए परीक्षणों में[13] सिलिकॉन सौर सेल रूपांतरण दक्षता को एकाग्रता के उच्च स्तर पर वृद्धि के लिए दिखाया गया है, एकाग्रता के लघुगणक के अनुपात में, परंतु बाहरी शीतलन फोटोकल्स के लिए उपलब्ध होना चाहिए। इसी तरह, उच्च दक्षता वाले मल्टीजंक्शन सेल भी उच्च एकाग्रता के साथ प्रदर्शन में संशोधन करते हैं।[14]


स्थलीय अनुप्रयोग

आज तक इस अवधारणा पर कोई बड़े पैमाने पर परीक्षण नहीं किया गया है। संभवतः ऐसा इसलिए है क्योंकि सामान्यतः परावर्तक और कूलिंग की बढ़ी हुई व्यय आर्थिक रूप से उचित नहीं है।

सौर ऊर्जा उपग्रह अनुप्रयोग

सैद्धांतिक रूप से, अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा उपग्रह डिजाइनों के लिए, सौर दर्पण पीवी सेल की व्यय और प्रक्षेपण व्यय को कम कर सकते हैं क्योंकि वे पीवी सेल के बराबर बड़े क्षेत्रों की तुलना में हल्का और सस्ता दोनों होने की अपेक्षा है। बोइंग कॉर्पोरेशन द्वारा कई विकल्पों का अध्ययन किया गया।[15] उनके चित्र 4. कैप्शन आर्किटेक्चर 4. जीईओ हैरिस व्हील में शीर्षक दिया गया है, लेखक सौर दर्पणों की प्रणाली का वर्णन करते हैं जिसका उपयोग कुछ आस-पास के सौर संग्राहकों की शक्ति को बढ़ाने के लिए किया जाता है, जिससे विद्युत पृथ्वी पर रिसीवर स्टेशनों को प्रेषित की जाती है।

रात के प्रकाश के लिए अंतरिक्ष परावर्तक

एक और उन्नत अंतरिक्ष अवधारणा प्रस्ताव अंतरिक्ष परावर्तकों की धारणा है जो रात के समय के प्रकाश प्रदान करने के लिए पृथ्वी के रात के हिस्से में छोटे स्थानों पर सूर्य के प्रकाश को दर्शाता है। इस अवधारणा के प्रारंभिक प्रस्तावक डॉ. क्राफ्ट अर्नोल्ड एरिके थे, जिन्होंने लुनेटा, सोलेटा, बायोसोलेटा और पॉवर्सोलेटा नामक प्रणालियों के बारे में लिखा था।[16][17]

ज़नाम्या (अंतरिक्ष दर्पण) (बैनर) नामक प्रयोगों की प्रारंभिक श्रृंखला रूस द्वारा सौर सेल प्रोटोटाइप का उपयोग करके प्रदर्शित की गई थी जिसे दर्पण के रूप में पुनर्निर्मित किया गया था। ज़नाम्या-1 स्थलीय परीक्षण था। ज़नाम्या-2 को 27 अक्टूबर 1992 को मीर अंतरिक्ष स्टेशन के लिए प्रगति एम-15 पुन: आपूर्ति मिशन पर प्रक्षेपण किया गया था। मीर से अनडॉक करने के बाद, प्रगति ने परावर्तक को नियुक्त किया।[18][19] यह मिशन सफल रहा कि दर्पण नियुक्त हो गया, चूंकि यह पृथ्वी को प्रकाशित नहीं करता था। अगली उड़ान ज़नाम्या-2.5 विफल रही।[20][21] ज़नाम्या -3 ने कभी उड़ान नहीं भरी।

2018 में, चेंगदू, चीन ने विद्युत स्ट्रीटलाइट्स के लिए आवश्यक विद्युत की मात्रा को कम करने की अपेक्षा में पृथ्वी के चारों ओर कक्षा में तीन सौर परावर्तक लगाने की परियोजना की घोषणा की।[22] परियोजना की तकनीकी व्यवहार्यता के बारे में संदेह व्यक्त किया गया है।[23]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ NASA Glenn Research Center, 1987 Phase II Small Business Research Program, "Improved Mirror Facet," Solar Kinetics, Dallas, TX archived summary
  2. ↑ "Solar mirror, process for its manufacture and its use". December 12, 1993. Retrieved 2007-05-03.
  3. ↑ 3.0 3.1 Wang, Brian (3 December 2014). "Breakthrough in passive mirror cooling can save 15% of the energy used by buildings in the USA". Next Big Future.
  4. ↑ Leonov, E; Chernykh, A; Shanin, Yu (2021). "Heat transfer in laser passive and deformable mirrors". Journal of Physics: Conference Series. 2088: 012042. doi:10.1088/1742-6596/2088/1/012042. S2CID 244571579.
  5. ↑ El boujdaini, Latifa; Merzrhab, Ahmed; Amine Moussaoui, Mohammed; Antonio Carballo Lopez, Jose; Wolfertstetter, Fabian (October 2022). "The effect of soiling on the performance of solar mirror materials: Experimentation and modeling". Sustainable Energy Technologies and Assessments. 53 (C) – via Elsevier.
  6. ↑ 6.0 6.1 Lim, XiaoZhi (31 December 2019). "The super-cool materials that send heat to space". Nature.
  7. ↑ Dana, Joe (20 June 2022). "A nonprofit is using mirrors as a climate solution to a heating planet. Could MEER be in Arizona's future?". 12News. Retrieved 21 September 2022.
  8. ↑ Sandia Labs - CSP Technologies Overview
  9. ↑ PowerTower The large design developed by Sandia National Labs Archived 2004-11-17 at the Wayback Machine
  10. ↑ Sandia Lab - Solar Dish Engine Archived 2004-11-17 at the Wayback Machine
  11. ↑ Sandia Lab - Trough System Archived 2004-10-28 at the Wayback Machine
  12. ↑ Mason, Lee S.; Richard K. Shaltens; James L. Dolce; Robert L. Cataldo (Jan 2002). "Status of Brayton Cycle Power Conversion Development at NASA GRC" (PDF). NASA Glenn Research Center. NASA TM-2002-211304. Archived from the original (PDF) on 2006-10-13. Retrieved 2007-02-25.
  13. ↑ Yoon, Sewang; Vahan Garboushian (n.d.). "Reduced Temperature Dependence of High-Concentration Photovoltaic Solar Cell Open-Circuit Voltage (Voc) at High Concentration Levels". Amonix Corp. Archived from the original on 2007-02-02. Retrieved 2007-02-25.
  14. ↑ G. Landis, D. Belgiovani, and D. Scheiman, “Temperature Coefficient of Multijunction Space Solar Cells as a Function of Concentration,” 37th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Seattle WA, June 19–24, 2011.
  15. ↑ Potter, Seth D.; Harvey J. Willenberg; Mark W. Henley; Steven R. Kent (May 6, 1999). "Architecture Options for Space Solar Power" (PDF). High Frontier Conference XIV. Princeton, NJ, U.S.A.: Space Studies Institute. Retrieved 2007-02-25.
  16. ↑ Ehricke, Krafft Arnold (September 1–4, 1999). "Power Soletta: An industrial sun for Europe - Possibilities for an economically feasible supply with solar energy". Raumfahrtkongress, 26th (in Deutsch). Vol. 14. Berlin, West Germany: Hermann-Oberth-Gesellschaft. pp. 85–87. Bibcode:1977hogr...14...85E.
  17. ↑ Ehricke, Krafft Arnold (January–February 1978). "The Extraterrestrial Imperative". Air University Review. United States Air Force. XXIX (2). Retrieved 2007-02-25.
  18. ↑ McDowell, Jonathan (1993-02-10). "Jonathan's Space Report - No 143 - Mir". Jonathan's Space Report. Jonathan McDowell. Retrieved 2007-02-25.
  19. ↑ Wade, Mark (n.d.). "Mir EO-12". Encyclopedia Astronautica. Mark Wade. Archived from the original on February 17, 2004. Retrieved 2007-02-25.
  20. ↑ BBC, Sci/Tech: Znamya falls to Earth, February 4, 1999 (accessed 2011-08-24)
  21. ↑ Wade, Mark (n.d.). "Mir News 453: Znamya 2.5". Encyclopedia Astronautica. Mark Wade. Archived from the original on 2007-09-30. Retrieved 2007-02-25.
  22. ↑ Xiao, Bang (2018-10-18). "China plans to launch artificial moon bright enough to replace streetlights by 2020". ABC News (in English). Retrieved 2019-10-04.
  23. ↑ Friday, Nathaniel Scharping | Published; October 26; 2018. "Why China's artificial moon probably won't work". Astronomy.com (in English). Retrieved 2020-09-18.{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
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