सोलर लीप से सौर शक्ति का नवोन्मेष : स्मार्ट सामग्री से अक्षय ऊर्जा क्रांति तक

07 Jun सोलर लीप से सौर शक्ति का नवोन्मेष : स्मार्ट सामग्री से अक्षय ऊर्जा क्रांति तक

पाठ्यक्रम – सामान्य अध्ययन – 3 – विज्ञान और प्रौद्योगिकी – सोलर लीप से सौर शक्ति का नवोन्मेष : स्मार्ट सामग्री से अक्षय ऊर्जा क्रांति।

प्रारंभिक परीक्षा के लिए : 

निष्क्रिय शीतलन प्रभाव, नवीकरणीय ऊर्जा, सोडियम पॉलिएक्रेलेट, हाइग्रोस्कोपिक, लिथियम क्लोराइड (LiCl), उष्णकटिबंधीय क्षेत्र, डीकार्बोनाइजेशन

मुख्य परीक्षा के लिए : 

यह सौर पैनल दक्षता के लिए क्यों महत्वपूर्ण है?  पारंपरिक शीतलन विधियों की तुलना में लिथियम क्लोराइड और सोडियम पॉलिएक्रेलेट कंपोजिट के क्या लाभ हैं?

खबरों में क्यों?

• हाल ही में सऊदी अरब की किंग अब्दुल्ला यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (KAUST) के वैज्ञानिकों के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय अनुसंधान दल ने एक नया एक्रिलेट-आधारित संमिश्र पदार्थ (कंपोजिट मटेरियल) विकसित किया है। 
• अक्षय ऊर्जा के क्षेत्र में यह नवाचार सौर कोशिकाओं की कार्यक्षमता को उल्लेखनीय रूप से बढ़ाने में सक्षम माना जा रहा है, जिससे अक्षय ऊर्जा क्षेत्र में संभावनाएं और अधिक प्रबल हुई है।
• शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम द्वारा विकसित किए गए एक नए एक्रेलेट-आधारित मिश्रित पदार्थ के कारण यह विषय महत्व का कारण बन गया है, क्योंकि यह सौर सेल के प्रदर्शन को बेहतर बनाता है।

सौर पैनलों के लिए अभिनव शीतलन समाधान : 

सौर प्रौद्योगिकी में निष्क्रिय शीतलन की आवश्यकता :

1. गर्मी से कार्यकुशलता में कमी : सौर पैनल सूर्य के प्रकाश का केवल 20% ही बिजली में बदलते हैं। शेष ऊर्जा गर्मी के रूप में अवशोषित होती है, जिससे बिजली उत्पादन कम होता है और पैनल का जीवनकाल घट जाता है।
2. अधिक तापमान से त्वरित क्षरण : लगातार उच्च तापमान के कारण पैनलों की गुणवत्ता तेजी से घटती है और रखरखाव की लागत बढ़ जाती है।
3. सक्रिय शीतलन की सीमाएँ : पारंपरिक सक्रिय शीतलन प्रणालियों (जैसे पंखे और पंप) को बिजली की आवश्यकता होती है, जिससे प्रणाली की जटिलता और परिचालन लागत बढ़ती है, और कुल ऊर्जा दक्षता कम होती है।
4. निष्क्रिय शीतलन के लाभ : यह प्रणाली बिना बाहरी बिजली के काम करती है। निष्क्रिय प्रणालियों में उपयोग की जाने वाली सामग्री गर्मी और नमी को नियंत्रित करके पैनलों को स्वाभाविक रूप से ठंडा करती है।
5. पर्यावरण-अनुकूल और किफायती : इस तकनीक में सस्ती और सहज रूप से उपलब्ध सामग्री का उपयोग होता है, जो इसे स्थायी और व्यापक रूप से लागू करने योग्य बनाता है। निष्क्रिय शीतलन सस्ता, कम रखरखाव वाला और पर्यावरण के अनुकूल है, जो इसे गर्म और शुष्क क्षेत्रों में सौर प्रौद्योगिकी के विस्तार के लिए आदर्श बनाता है।
6. बिजली उत्पादन में वृद्धि : परिचालन तापमान कम करके, निष्क्रिय शीतलन ऊर्जा उत्पादन दक्षता में सुधार करता है, जैसा कि क्षेत्र परीक्षणों में 12.9% तक की वृद्धि से देखा गया है।
7. पैनल की आयु में विस्तार : तापमान कम रहने से पैनलों पर कम तनाव पड़ता है, जिससे उनका जीवनकाल 200% तक बढ़ जाता है।
8. नवीकरणीय ऊर्जा लक्ष्यों का समर्थन : रेगिस्तान जैसे तीव्र धूप वाले क्षेत्रों में, निष्क्रिय शीतलन अधिक टिकाऊ और विश्वसनीय सौर ऊर्जा उत्पादन को सक्षम बनाता है, जो वैश्विक जलवायु और ऊर्जा लक्ष्यों के साथ संरेखित है।

सौर शीतलन के लिए अभिनव बहुलक समाधान की प्रमुख विशेषताएँ :

1. वैज्ञानिक सहयोग एवं नेतृत्व : यह अभिनव बहुलक मिश्रण सऊदी अरब के किंग अब्दुल्ला विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (KAUST) के नेतृत्व में, अक्षय ऊर्जा और भंडारण प्रौद्योगिकी उत्कृष्टता केंद्र द्वारा एक अंतरराष्ट्रीय शोध सहयोग के तहत विकसित किया गया है।
2. संरचना एवं रचना विज्ञान : नया मिश्रण लिथियम क्लोराइड और सोडियम पॉलीएक्रिलेट पर आधारित है, जो एक लागत-कम, सुरक्षित और गैर-विषाक्त एक्रिलेट बहुलक संरचना प्रदान करता है।
3. हाइग्रोस्कोपिक विशेषता द्वारा निष्क्रिय शीतलन : यह सामग्री रात में वायुमंडलीय नमी को अवशोषित करती है और दिन में वाष्पीकरण के माध्यम से उसे छोड़ती है, जिससे शीतलन बिना किसी बाहरी ऊर्जा के स्वचालित रूप से संपन्न होता है।
4. पर्यावरणीय अनुकूलता और सुलभ निर्माण – प्रणाली : इस मिश्रण के निर्माण में किसी जटिल या हानिकारक रसायनों की आवश्यकता नहीं होती। यह इसे स्थायी, मापनीय और पर्यावरण के अनुकूल बनाता है।
5. उच्च तापीय दक्षता : सऊदी रेगिस्तान में परीक्षण के दौरान इस सामग्री ने सौर पैनलों के तापमान को औसतन 9.4°C तक कम कर दिया – जो पारंपरिक समाधानों की तुलना में एक उल्लेखनीय उपलब्धि है।
6. विद्युत लागत में कमी एवं सौर उत्पादन और जीवन काल में सुधार : तापीय नियंत्रण के चलते 12.9% अधिक विद्युत उत्पादन, 200% से अधिक जीवन काल विस्तार, और लगभग 20% तक विद्युत लागत में गिरावट दर्ज की गई है।

कैसे काम करती है यह नई मिश्रित सामग्री?

1. रात में वातावरण से नमी को अवशोषित करना : लिथियम क्लोराइड और सोडियम पॉलीएक्रिलेट का यह मिश्रण रात के समय वातावरण से नमी को अवशोषित करता है, जब हवा में आर्द्रता अधिक होती है।
2. दिन में वाष्पीकरण द्वारा शीतलन : जैसे ही सूरज निकलता है और तापमान बढ़ता है, सामग्री अवशोषित पानी को वाष्प के रूप में छोड़ती है। यह वाष्पीकरण पैनल की सतह से गर्मी को दूर करता है।
3. निष्क्रिय शीतलन प्रभाव : यह तरल से वाष्प में बदलने की प्रक्रिया ऊष्मा ऊर्जा को अवशोषित करती है, जिससे रेगिस्तानी परिस्थितियों में पैनल का तापमान औसतन 9.4°C कम हो जाता है।
4. निष्क्रिय प्रणाली – शून्य ऊर्जा उपयोग पर आधारित : संपूर्ण शीतलन प्रक्रिया बिना किसी विद्युत या यांत्रिक हस्तक्षेप के संचालित होती है, जो इसे दूरस्थ या ऑफ-ग्रिड स्थानों हेतु अत्यंत उपयुक्त बनाती है।
5. संरचनात्मक अनुकूलता : यह पतली कोटिंग सौर पैनल की संरचना या सूर्य के प्रकाश के अवशोषण में बाधा नहीं डालती, जिससे उसकी फोटोवोल्टिक दक्षता बनी रहती है।
6. लगातार पुनर्चक्रण / बार-बार उपयोग योग्य तंत्र : नमी का यह चक्रीय अवशोषण और निष्कासन सामग्री को बार-बार काम करने की अनुमति देता है, जिससे लंबे समय तक शीतलन लाभ मिलता है। सामग्री में नमी का चक्रीय अवशोषण और निष्कासन इसकी दीर्घकालिक कार्यक्षमता बनाए रखता है, जिससे बार-बार उपयोग संभव हो पाता है।

पारंपरिक शीतलन विधियों पर इस तकनीक का असाधारण लाभ : 

1. ऊर्जा-मुक्त संचालन : सक्रिय शीतलन प्रणालियों (जैसे पंखे और पंप) के विपरीत, इस कंपोजिट को काम करने के लिए किसी बाहरी शक्ति की आवश्यकता नहीं होती, जिससे परिचालन ऊर्जा लागत शून्य हो जाती है।
2. लागत-प्रभावशीलता : सोडियम पॉलिएक्रेलेट जैसी सस्ती और आसानी से उपलब्ध सामग्री से बनी होने के कारण, यह बिजली की कुल लागत (LCOE) को लगभग 20% तक कम कर देती है।
3. बढ़ा हुआ पैनल जीवनकाल : पैनल का तापमान 9.4°C तक कम होने से तापीय क्षरण रुकता है, जिससे उनका जीवनकाल 200% से भी अधिक बढ़ जाता है।
4. उच्च बिजली उत्पादन : बेहतर तापीय प्रबंधन और पैनलों को अधिक गर्म होने से बचाकर, यह सौर पैनल की दक्षता में 12.9% की वृद्धि करती है।
5. पर्यावरण-अनुकूल निर्माण : इस सामग्री का उत्पादन विषैले रसायनों या जटिल प्रक्रियाओं के बिना होता है, जो इसे पर्यावरण की दृष्टि से एक स्थायी समाधान बनाता है।
6. न्यूनतम रखरखाव की आवश्यकता : यांत्रिक शीतलन प्रणालियों के विपरीत, इसमें कोई गतिशील भाग नहीं होता, जिससे न्यूनतम रखरखाव की आवश्यकता होती है और यांत्रिक विफलता की संभावना कम हो जाती है।
7. उच्च सौर विकिरण वाले शुष्क क्षेत्रों में सौर प्रतिष्ठानों के लिए आदर्श : रेगिस्तानी जलवायु में इसकी प्रभावशीलता सिद्ध हो चुकी है, जो इसे उच्च सौर विकिरण वाले शुष्क क्षेत्रों में सौर प्रतिष्ठानों के लिए आदर्श बनाती है।

नवीकरणीय ऊर्जा अपनाने पर नवीकरणीय ऊर्जा पर पड़ने वाला संभावित प्रभाव : 

1. सौर ऊर्जा की दक्षता में वृद्धि : बिजली उत्पादन में 12.9% की वृद्धि करके, यह नवाचार सौर ऊर्जा को अधिक विश्वसनीय और उत्पादक बनाता है, जिससे इसके व्यापक रूप से अपनाने को बढ़ावा मिलता है।
2. परिचालन लागत में कमी : निष्क्रिय शीतलन से ऊर्जा और खासकर बड़े पैमाने की परियोजनाओं में रखरखाव की लागत कम होती है, जिससे सौर प्रतिष्ठानों की समग्र लागत-प्रभावशीलता में सुधार होता है।
3. उपकरण के जीवनकाल में विस्तार : जीवनकाल में 200% से अधिक की वृद्धि से प्रतिस्थापन चक्र कम होता है, जिससे कुल जीवन चक्र लागत कम हो जाती है और निवेश पर बेहतर प्रतिफल (ROI) मिलता है।
4. चरम जलवायु में बेहतर प्रदर्शन : गर्म और शुष्क वातावरण में इसकी सफलता, रेगिस्तानी और उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में सौर ऊर्जा को अधिक व्यवहार्य बनाती है, जो सौर ऊर्जा उत्पादन के लिए समृद्ध हैं।
5. तेज डीकार्बोनाइजेशन : जैसे-जैसे सौर ऊर्जा अधिक कुशल और किफायती होती जाएगी, अधिक से अधिक क्षेत्र जीवाश्म ईंधन से नवीकरणीय ऊर्जा की ओर बढ़ेंगे, जिससे राष्ट्रीय और वैश्विक जलवायु लक्ष्यों को समर्थन मिलेगा।
6. तकनीकी नवाचार को प्रोत्साहन : यह पदार्थ विज्ञान के मूल्य को उजागर करता है और नवीकरणीय ऊर्जा क्षेत्र में स्मार्ट, निष्क्रिय समाधानों के लिए आगे अनुसंधान और विकास को प्रेरित करता है।
7. दूरस्थ क्षेत्रों में ऊर्जा पहुंच को बढ़ावा देना : ऊर्जा-मुक्त शीतलन विशेष रूप से ऑफ-ग्रिड और ग्रामीण सौर प्रणालियों के लिए फायदेमंद है, जिससे ऊर्जा समानता और विकास लक्ष्यों को प्राप्त करने में मदद मिलती है।

निष्कर्ष : 

• किंग अब्दुल्ला विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (KAUST) द्वारा विकसित यह अभिनव एक्रिलेट-आधारित मिश्रण, सौर ऊर्जा क्षेत्र में एक उल्लेखनीय उपलब्धि है। यह तकनीक निष्क्रिय शीतलन को सक्षम बनाकर न केवल ऊर्जा उत्पादन को बढ़ाती है, बल्कि पैनलों की उम्र बढ़ाकर और लागत घटाकर इसे व्यापक, टिकाऊ और प्रभावी बनाती है। इसका प्रभाव वैश्विक ऊर्जा परिवर्तन, विशेषकर जलवायु संवेदनशील क्षेत्रों में स्वच्छ ऊर्जा की पहुंच, को गति देने में अत्यंत महत्वपूर्ण है। यह नवाचार प्रमाणित करता है कि सामग्री विज्ञान ही वह कुंजी है, जो स्वच्छ ऊर्जा भविष्य के द्वार खोल सकती है।

स्त्रोत – पी. आई. बी एवं द हिन्दू।

प्रारंभिक परीक्षा के लिए अभ्यास प्रश्न :

Q.1. किंग अब्दुल्ला विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (KAUST) द्वारा विकसित नई निष्क्रिय शीतलन सामग्री के संदर्भ में, निम्नलिखित कथनों पर विचार करें:
1. यह हाइग्रोस्कोपिक तंत्र के माध्यम से सौर पैनलों को ठंडा करने के लिए लिथियम क्लोराइड और सोडियम पॉलीएक्रिलेट का उपयोग करता है।
2. सामग्री को प्रभावी ढंग से कार्य करने के लिए पंखे या पंप जैसे सक्रिय शीतलन उपकरणों की आवश्यकता होती है।
3. इससे बिजली उत्पादन में 12% से अधिक की वृद्धि हुई तथा रेगिस्तानी परिस्थितियों में पैनल का जीवनकाल बढ़ गया।
4. सामग्री के निर्माण की प्रक्रिया में विषैले रसायन और जटिल अभिकर्मक शामिल होते हैं।
उपर्युक्त में से कौन से कथन सत्य हैं?
(a) केवल 1 और 3
(b) केवल 2 और 4
(c) केवल 1, 3 और 4
(d) 1, 2, 3 और 4

उत्तर- (a)

मुख्य परीक्षा के लिए अभ्यास प्रश्न :

Q.1. किंग अब्दुल्ला विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (KAUST) द्वारा सौर ऊर्जा प्रणालियों की दक्षता और स्थिरता को बढ़ाने के लिए विकसित की गई नई निष्क्रिय शीतलन मिश्रित सामग्री का क्या महत्व है, और यह नवाचार वैश्विक अक्षय ऊर्जा लक्ष्यों को प्राप्त करने में किस प्रकार योगदान दे सकता है? ( शब्द सीमा – 250 अंक – 15 )