Ndryshe nga sistemet solare konvencionale, të cilat pengohen nga ndryshimet e diellit dhe kërkojnë sisteme mbështetëse për t’i stabilizuar, gjethet janë në gjendje të shfrytëzojnë energjinë solare edhe në kushte të ulëta drite. Si një hap drejt kësaj performancë “e gjethes”, studiuesit në Universitetin Metropolitan të Osaka kanë zhvilluar një sistem artificial fotosinteze që prodhon acid formatik nga dioksidi i karbonit dhe uji, duke përdorur energji solare.
Ajo që bën këtë sistem të veçantë nuk është thjesht fakti që prodhon acid formatik. Është fakti që pajisja është krijuar për të prodhuar acid formatik në mënyrë më të qëndrueshme gjatë gjithë ditës, pa u bazuar në harduerin e kontrollit bazuar në bateri, i përdorur zakonisht për të stabilizuar dritën e diellit të pastert. Sistemi përdor një elektrolizator të riproçuar që mund të rregullojë pjesërisht vetvetiu. Në teste, sistemi ka prodhuar një solucion të pastër uji me acid formatik nën dritën e diellit reale, edhe ndërsa intensiteti i dritës ndryshonte. Për të kuptuar se si funksionon, ekzistojnë disa teknologji themelore që duhet të kuptohen.
Kur flasim për shfrytëzimin e energjisë solare, shumica e njerëzve mendojnë menjëherë për panelet solare që konvertojnë dritën e diellit në energji elektrike, e cila më pas ruhet në bateri. Megjithatë, ekzistojnë edhe rrugë të tjera. Një shembull është një sistem që ruhet drejt energjinë solare si nxehtësi. Pajisja në kërkimin e Universitetit Metropolitan të Osaka është një shembull tjetër. Është një sistem elektrokimik i fotosintezës artificiale që përdor dritën e diellit për të konvertuar ujin dhe dioksidin e karbonit në karburante të dobishme, si acid formatik.
Këto sisteme karburant-solare përfshijnë panelet fotovoltaike standard që gjenerojnë energji elektrike. Në vend që energjia elektrike të ruhet si energji kimike në bateri, një elektrolizator përdor atë energji elektrike për të nxitur reaksione kimike, në këtë rast, për të prodhuar karburant.
Megjithatë, drita e diellit nuk është një burim energjie i qëndrueshëm. Ajo ngrihet, bie, zhduket pas re, dhe përgjithësisht refuzohet të sillojë një furnizim të stabilë të energjisë elektrike, siç preferojnë inxhinierët. Kjo është një problem, sepse elektrolizatori nuk po merr thjesht energji elektrike pasive; reaksionet kimike të tij varen aktivisht nga ajo. Rryma që kalon në të kontrollon se sa shpejt ndodhin reaksionet, ndërsa voltazha ndihmon në drejtimin e atyre reaksioneve. Nëse inputi i dritës solare bie, reaksioni ngadalësohet. Nëse rritet shpejt, elektrolizatori mund të marrë më shumë rryma sesa sistemi është i krijuar për të përballuar. Në çdo rast, shpejtësia e prodhimit ndryshon, dhe në një sistem karburanti të lëngshëm, kjo do të thotë se koncentrimi i produktit përfundimtar mund të ndryshojë.
Gjithashtu, ekziston një problem eficiencës. Një panel solar nuk prodhon thjesht një sasi të fiksuar energjie. Në çdo moment, duke u bazuar në dritën e diellit dhe temperaturën, ai ka një kombinim të veçantë të voltazhit dhe rrymes në të cilin ofron energjinë e përdorshme më të madhe. Kjo quhet pika e fuqisë maksimale. Nëse pajisja e lidhur me panelin nuk paraqet “ngarkesën” elektrike të duhur, paneli largohet nga ajo pikë ideale. Ai mund të gjenerojë ende energji elektrike, por jo aq sa mund të gjeneronte në atë kusht. Me fjalë të tjera, pjesë e dritës së diellit të disponueshme lihet pa u shfrytëzuar.
Sistemet konvencionale zgjidhin këtë problem me Ndjekjen e Pikes së Fuqisë Maksimale (MPPT). Me fjalë të thjeshta, MPPT është një ndërmjetar elektronik që monitoron vazhdimisht voltazhin dhe rrymën e panelit solar, dhe më pas rregullon ngarkesën elektrike në mënyrë që paneli të vazhdojë të funksionojë pranë pikës së tij më eficiente ndërsa drita e diellit ndryshon. Në shumë sisteme karburant-solare, kjo do të thotë shtiminë e një kontrolluesi, një konvertues DC–DC, dhe shpesh një baterie për të bufferuar dhe stabilizuar energjinë përpara se ajo të arrijë elektrolizatorin. Funksionon, por gjithashtu shton kostot, kompleksitetin, dhe një redundancë të lehtë: po përpiqeni të ruani energjinë solare si karburant, por ende keni nevojë për një sistem bazuar në bateri për të bërë që sistemi i prodhimit të karburantit të funksionojë siç duhet.
Zgjidhja e ekipi të Osaka është të heqë këtë ndërmjetar elektronik dhe të bëjë që elektrolizatori të kryejë vetë disa nga detirat e rregullimit.
Në qendër të pajisjes është një elektrolit i veçantë i gjendjes së ngurtë i integruar në elektrolizator. Veçoria kryesore këtu është se rezistenca e tij jonike bie ndërsa temperatura rritet. Me fjalë të thjeshta, kur elektrolizatori ngrohet, jonet mund të lëvizin më lehtë përmes tij, e cila lejon që të rrjedhë më shumë rryma nëpër sistem.
Kjo krijon një cikël vetë-rregullues të dobishëm. Kur drita e diellit bëhet më e fortë, paneli solar furnizon më shumë energji. Elektrolizatori merr më shumë energji elektrike dhe natyrisht ngrohet. Ndërsa ngrohet, rezistenca e tij bie, duke i lejuar të transmetojë më shumë rryma nga paneli solar. Kur drita e diellit dobësohet, sistemi ftohet dhe merr më pak rryma. Në vend të detyrimit të panelit dhe elektrolizatorit të përputhen me njëri-tjetrin përmes një sistemi MPPT bazuar në bateri, sjellja termike dhe elektrike e elektrolizatorit e ndihmon atë të ndjekë inputin e ndryshueshëm të dritës solare.
Kjo është arsyeja pse studiuesit e quajnë këtë një sistem MPPT kimik. Nuk është MPPT në kuptimin e zakonshëm të fjalës, i cili është i mbushur me elektronikë, dhe as nuk është një kuti e veçuar që ndodhet midis panelit solar dhe elektrolizatorit, e cila monitoron dhe rregullon vazhdimisht voltazhin. Funksioni i përputhjes është pjesërisht i koduar në elektrolizator vetë.
Gjithashtu, ekziston një shtresë e dytë kontrollore, ku hyn problemi i koncentrimit. Sistemi përdor pompa me fuqi të ulët dhe një kontrollues pompe që monitoron rrymën që kalon nëpër elektrolizatorë. Duke u bazuar në atë rryma, ai rregullon rrjedhën e ujit dhe të reagimeve të tjera përmes pajisjes.
Kjo është e rëndësishme sepse rryma tregon se sa shpejt po ndodh reaksioni i prodhimit të karburantit. Nëse rrjedh më shumë rryma, prodhohet më shumë acid formatik, kështu që sistemi mund të rrisë rrjedhën
Burimi: newatlas.com
