حرارت کی رکاوٹ کو توڑنا: ہائیڈروجل-کوٹیڈ پیپر کم پیش کرتا ہے-پی وی ماڈیولز کے لیے غیر فعال کولنگ بریک تھرو

فوٹو وولٹک (PV) ماڈیول کی کارکردگی آپریٹنگ درجہ حرارت سے اندرونی طور پر جڑی ہوئی ہے۔ معیاری ٹیسٹ کی حالت (25 ڈگری) سے اوپر ہر ڈگری سیلسیس کے لیے، ایک کرسٹل لائن سلکان سولر پینل عام طور پر اپنی کارکردگی کا 0.4–0.5% کھو دیتا ہے۔ اشنکٹبندیی اور ذیلی اشنکٹبندیی علاقوں میں، جہاں شمسی شعاعیں وافر ہوتی ہیں، پینل کی سطح کا درجہ حرارت آسانی سے 60-70 ڈگری سے تجاوز کر سکتا ہے، جس سے توانائی کی پیداوار میں خاطر خواہ نقصان ہوتا ہے۔ جبکہ فعال کولنگ سسٹم (جیسے پانی کے پمپ اور پنکھے) موجود ہیں، وہ پرجیوی توانائی کی کھپت، دیکھ بھال کے اخراجات، اور نظام کی پیچیدگی کا اضافہ کرتے ہیں۔ غیر فعال کولنگ تکنیک، بشمول تابکاری اور بخارات سے متعلق کولنگ، نے وعدہ دکھایا ہے لیکن اکثر مہنگے مواد کی ضرورت ہوتی ہے یا تیزی سے انحطاط کا شکار ہوتے ہیں۔

تاہم، ویتنامی ریسرچ ٹیم کی حالیہ پیش رفت نے پی وی کولنگ کی غیر فعال معاشیات کو دوبارہ لکھا ہے۔ ہائیڈروجل-کوٹیڈ پیپر سبسٹریٹ کو پانی کے سست بہاؤ اور انٹرفیشل بخارات کے ساتھ ملا کر، انہوں نے ایک ایسا نظام تیار کیا ہے جو نہ صرف انتہائی موثر ہے – آپریٹنگ درجہ حرارت کو 14 ڈگری تک کم کرتا ہے اور کارکردگی کو 16.8 فیصد تک بڑھاتا ہے – بلکہ قابل ذکر حد تک کم اور قدرتی پانی کے ساتھ تازہ ترین- پانی کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے۔

اختراع میں ایک خوبصورت اور سادہ ڈیزائن تکنیک کا استعمال شامل ہے۔ تحقیقی ٹیم نے کاغذ کی ایک پتلی غیر محفوظ شیٹ کو ہائیڈروجیل کوٹنگ کے ساتھ سمیٹ لیا جو ہائیڈرو فیلک پولیمر نیٹ ورکس سے بنایا گیا ہے۔ لہذا، اس میں بڑے پانی کو جذب کرنے اور رکھنے کی بہت بڑی صلاحیت ہے۔ ایک بار جب کاغذ کو گھیر لیا جائے گا، تو اسے PV پینل کے پچھلے حصے پر ٹکڑے ٹکڑے کر دیا جائے گا۔ اس طرح، پانی کی ایک دھیمی چال کو یا تو کشش ثقل کے فیڈ یا غیر فعال شمسی پینل کے پیچھے واقع چھوٹے ذخائر سے مسلسل متعارف کرایا جا سکتا ہے۔

ہائیڈروجیل کے دو بنیادی کام ہوتے ہیں۔ پہلا، کاغذ کے ذریعے پانی جذب ہونے کے طویل عرصے بعد غیر محفوظ کاغذ میں نمی برقرار رکھنا، اور براہ راست سورج اور اعلی درجہ حرارت کے طویل عرصے تک نمائش کے دوران نمی کو برقرار رکھنا۔ دوسرا انٹرفیشل بخارات کو فروغ دینا ہے (پانی کا بخارات جو ہائیڈروجیل اور آس پاس کی ہوا کے درمیان انٹرفیس پر ہوتا ہے، بجائے اس کے کہ بڑے پیمانے پر مائع سطح سے پانی کے بخارات بن جائیں)۔ پانی کو جذب کرنے والے ہائیڈروجیل کا امتزاج انٹرفیشل بخارات کی اجازت دیتے ہوئے استعمال ہونے والے پانی کی فی یونٹ زیادہ ٹھنڈک کا اثر پیدا کرتا ہے اور ساتھ ہی یہ بلک بخارات کے مقابلے میں بہت زیادہ توانائی کی بچت کرتا ہے۔ جیسا کہ پانی بخارات بنتا ہے؛ یہ براہ راست PV پینل سے ایک اویکت گرمی نکالے گا، اس طرح PV پینل کے آپریٹنگ درجہ حرارت کو کم کرے گا۔ غیر محفوظ کاغذ جسے پی وی پینل کے پچھلے حصے میں لیمینیٹ کیا گیا ہے اس میں زیادہ سے زیادہ بخارات بننے کے لیے سطح کا رقبہ زیادہ ہے، جبکہ اسی وقت ہائیڈروجل ایپلی کیشن کی مادی لاگت کو نسبتاً کم رکھتا ہے۔

ویتنامی ٹیم نے مکمل آؤٹ ڈور ٹیسٹنگ کی۔ ان ٹیسٹوں کے دوران ایک ہائیڈروجیل لیپت پینل ایک پینل کو 14 ڈگری سینٹی گریڈ تک ٹھنڈا کرنے کے لیے پایا گیا ہے جب اس کے مقابلے میں بغیر کوٹڈ پینل (نان ٹھنڈا)۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ چوٹی کی دھوپ کے دوران جب تھرمل نقصانات سب سے زیادہ ہوں گے، ٹھنڈے پینل نے غیر کوٹیڈ پینل کے مقابلے میں نسبتاً 16.8 فیصد اضافہ کیا۔

اس مثال کا استعمال کرتے ہوئے: 65 ڈگری سیلسیس کے آپریٹنگ درجہ حرارت پر درجہ بند آؤٹ پٹ تیار کرنے والے معیاری پینل پر غور کریں، (400 واٹ) تھرمل نقصانات کی وجہ سے صرف تقریباً 320 واٹ آؤٹ پٹ فراہم کرے گا۔ صفر گرمی کے نقصان کے کولنگ سسٹم کے ساتھ، وہی پینل تقریباً 374 واٹ آؤٹ پٹ فراہم کرے گا۔ لہذا، اس کولنگ سسٹم کو استعمال کرتے ہوئے پینلز سے پیدا ہونے والی بجلی کی مقدار یوٹیلیٹی یا کمرشل روف ٹاپ سسٹمز کے لیے استعمال کی جانے والی توانائی کی مقدار میں نمایاں اضافہ فراہم کرتی ہے، جس سے بجلی کی سطحی قیمت (LCOE) کو بہت کم کیا جاتا ہے۔

اس اختراع کے سب سے نمایاں پہلوؤں میں سے ایک میٹھے پانی اور قدرتی سمندری پانی دونوں پر چلنے کی صلاحیت ہے۔ بہت سے ساحلی یا جزیرے والے مقامات پر، میٹھا پانی کم یا مہنگا ہے، جو روایتی بخارات سے ٹھنڈک کو ناقابل عمل بنا دیتا ہے۔ ہائیڈروجل-کوٹیڈ پیپر، تاہم، غیر علاج شدہ سمندری پانی کے ساتھ فراہم کیے جانے پر بھی مستحکم کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے۔ ہائیڈروجیل میٹرکس نمک کے کرسٹلائزیشن اور فاؤلنگ کے خلاف مزاحمت کرتا دکھائی دیتا ہے - عام مسائل جو روایتی بخارات کے کولروں کو متاثر کرتے ہیں - نمک کے آئنوں کو بخارات کی سطح پر جمع ہونے کی بجائے بلک پانی کے بہاؤ میں واپس پھیلانے کی اجازت دے کر۔ یہ صلاحیت آف شور تنصیبات، تیرتے سولر فارمز، اور بنجر ساحلی علاقوں میں پی وی کولنگ کھولتی ہے جہاں صرف نمکین پانی دستیاب ہے۔

روایتی فعال کولنگ (زبردستی ہوا یا پانی کی گردش) PV درجہ حرارت کو 10–20 ڈگری تک کم کر سکتی ہے لیکن سسٹم کے آؤٹ پٹ کا 1–3% استعمال کرتی ہے، پمپ، پائپ اور باقاعدہ دیکھ بھال کی ضرورت ہوتی ہے۔ غیر فعال ریڈی ایٹیو کولنگ فلمیں، امید افزا ہوتے ہوئے، اکثر پیچیدہ فوٹوونک ڈھانچے یا مہنگے پولیمر پر انحصار کرتی ہیں اور مرطوب یا ابر آلود حالات میں تاثیر کھو سکتی ہیں۔ اس کے برعکس، ہائیڈروجیل-کاغذی نظام تقریباً مکمل طور پر غیر فعال ہے سوائے کم سے کم پانی کے فیڈ کے (جو کشش ثقل سے چل سکتا ہے-)۔ مواد - کاغذ اور ہائیڈروجیل - خصوصی کولنگ فلموں کے مقابلے میں سستی شدت کے آرڈر ہیں۔ مزید یہ کہ، سسٹم کو بہت کم قیمت پر موجودہ ماڈیولز پر دوبارہ تیار کیا جا سکتا ہے۔

کوئی ٹیکنالوجی حدود کے بغیر نہیں ہے۔ ہائیڈروجیل-لیپت کاغذ کے لیے پانی کی سپلائی سست ہونے کے باوجود مستقل درکار ہوتی ہے (مثلاً چند لیٹر فی مربع میٹر فی دن)۔ پانی میں-کم ہی بند-گرڈ کے اندرونی حصوں میں، یہ اب بھی ایک لاجسٹک چیلنج ہو سکتا ہے، حالانکہ کیپچر شدہ بارش یا کنڈینسیٹ استعمال کیا جا سکتا ہے۔ طویل مدتی استحکام ایک اور عنصر ہے: کاغذ کو الٹرا وائلٹ انحطاط کے خلاف مزاحمت کرنی چاہیے، اور ہائیڈروجیل کو ہزاروں تھرمل سائیکلوں پر اپنی سوجن-سکڑتے ہوئے سائیکل کو برقرار رکھنا چاہیے۔ ویتنامی ٹیم نے ابتدائی امتحانی ادوار میں امید افزا استحکام کی اطلاع دی ہے، لیکن کثیر{11}سال کا فیلڈ ڈیٹا ضروری ہوگا۔

اس کے باوجود، ممکنہ ایپلی کیشنز بہت زیادہ ہیں. ایگری وولٹک فارمز (جہاں پانی پہلے ہی فصلوں کی آبپاشی کے لیے استعمال ہوتا ہے) پی وی کولنگ کو کم سے کم اضافی پانی کے ساتھ مربوط کر سکتے ہیں۔ مرطوب اشنکٹبندیی شہروں میں چھتوں کے نظام - جہاں بخارات کی ٹھنڈک موثر رہتی ہے - فوری کارکردگی کے فوائد دیکھ سکتے ہیں۔ اور آف شور فلوٹنگ سولر، جو اکثر اعلی ماڈیول درجہ حرارت اور سمندری پانی کی دستیابی سے محدود ہوتا ہے، ایک بہترین میچ لگتا ہے۔

ویتنامی محققین کی طرف سے ہائیڈروجل-کوٹیڈ پیپر غیر فعال کولنگ سسٹم کی ترقی کم-پی وی تھرمل مینجمنٹ میں ایک اہم قدم کی نمائندگی کرتی ہے۔ 14 ڈگری درجہ حرارت میں کمی اور تقریباً 17% کارکردگی میں بہتری کے ذریعے کاغذ، ہائیڈروجیل، اور پانی کے ایک ٹکڑے کے علاوہ - تازہ یا نمکین - یہ اختراع اس مفروضے کو چیلنج کرتی ہے کہ موثر کولنگ مہنگا یا توانائی-ہونا چاہیے۔ جیسا کہ دنیا گرم اور مرطوب خطوں میں شمسی توانائی کی اعلی رسائی پر زور دے رہی ہے، اس طرح کے سادہ، بایومیمیٹک حل ناگزیر ہوں گے۔ اگلے مراحل میں پائلٹ مینوفیکچرنگ، طویل-ریلیبلٹی ٹیسٹنگ، اور پانی کی کٹائی کے نظام کے ساتھ انضمام-شامل ہیں۔ اگر ان رکاوٹوں کو ختم کر دیا جاتا ہے تو، ہائیڈروجل-کوٹیڈ کاغذ جلد ہی اگلی-جنریشن سولر پینلز پر ایک معیاری لوازمات بن سکتا ہے۔