ادغام سلول های خورشیدی نامرئی در پوشاک با قابلیت شستشو

محققان دپارتمان‌های فیزیک و طراحی دانشگاه آلتو فنلاند روشی را برای ادغام سلول‌های خورشیدی به منسوجات ابداع کرده‌اند که آن‌ها را در برابر شستشوی ماشینی مقاوم می‌کند و درعین‌حال باعث می‌شود مشکل زیبایی شناختی کمتری داشته باشند. در طول پروژه سه ساله «منسوجات با انرژی خورشید»، آنها همچنین منسوجات ترکیب شده با سلول خورشیدی را قابل بازیافت کردند. قابلیت شستشو با ماشین سلول های خورشیدی قبلاً تا این حد مورد مطالعه قرار نگرفته است.

محققان می گویند ماهیت گسسته سلول ها از آنها محافظت و لباس ها را جذاب تر می کند. در بیانیه مطبوعاتی دانشگاه آمده است که کاربردهای امیدوارکننده ای شامل لباس کار و پوشش های فضای باز و پرده هایی است که به تغییرات میزان نور واکنش نشان می دهند.

در مطالعات قبلی، سلول‌های خورشیدی روی سطوح نصب می شدند و لایه‌ای روی آن قرار می‌گرفت یا در رشته‌های منسوجات بافته می‌شدند.

ساختار سلول خورشیدی ممکن است در فرایند شستشو خراب شود، زیرا سلول‌های خورشیدی برای شستشو در ماشین لباسشویی طراحی نشده اند. الینا ایلن، متخصص پروژه در دپارتمان طراحی دانشگاه می‌گوید: شست‌وشو یک فرآیند استرس‌زا است که در آن منسوجات و سلول‌ها در معرض فشار و برخورد قرار می‌گیرند، به خصوص در حین چرخش.

محققان یک قطعه سلول خورشیدی را بین منسوجات در یک لایه پلی یورتان ضد آب لمینت کردند تا این جزء از لباس قابلیت شستشو در ماشین را داشته باشد. سپس منسوجات حاوی سلول خورشیدی ده ها بار در دمای 40 درجه سانتیگراد شسته شدند. سپس خروجی سلول های خورشیدی را پس از هر دور شستشو در ماشین لباسشویی اندازه گیری کردند. پنج نمونه از هشت نمونه کارایی خود را حفظ کردند و سه نمونه حدود 20 درصد از قدرت خود را از دست دادند و هیچ یک از سلول ها یا منسوجات در طول این فرآیند آسیب ندیدند.

اکنون که سلول خورشیدی لمینت شده بین منسوجات قابل شستشو با ماشین را داراست، باید از بقیه اجزا محافظت شود. ایده اصلی این است که تمام اجزای الکتریکی منسوجات هوشمند می توانند در یک محفظه همراه با سلول خورشیدی قرار گیرند. جان هالم، مدرس دپارتمان فیزیک کاربردی دانشگاه، می‌گوید که این پروژه یک بافت الکترونیکی قابل شستشو با ماشین لباسشویی را به ما ارائه می‌دهد که در منسوجات تعبیه شده و هرگز نیازی به شارژ یا تعویض باتری ندارد.

هر سلول خورشیدی که در زیر پارچه‌ای که به آن می‌چسبد قرار می‌گیرد، باید سطح بسیار وسیع تری نسبت به سلولی که در بالای آن قرار می‌گیرد، داشته باشد. یک تکه پارچه معمولی تقریباً 70 درصد از ظرفیت یک سلول را پوشش می دهد البته با پارچه متخلخل تر این درصد کمتر است.

عوامل کلیدی در توانایی منسوجات برای عبور نور عبارتند از: مواد، شفافیت و برش عرضی الیاف، ساختار تارها، ضخامت و بافت پارچه، رنگ‌ها و پوشش است. رنگ‌های روشن نور را بهتر از رنگ‌های تیره منتقل می‌کنند، اما پارچه‌های سیاه و کاملاً مات نیز می‌توانند این ویژگی را داشته باشند اما با کارایی پایینتر.

سلول های خورشیدی تجاری مورد استفاده در این مطالعه از یک کریستال تشکیل شده و از سیلیکون ساخته شده اند. آن‌ها می‌توانند نوری را که با چشم غیرمسلح نامرئی است، تشخیص دهند، همان چیزی که بیشتر طیف نور خورشید را تشکیل می دهد.

پنهان کردن منسوجات مقداری از انرژی سلول خورشیدی را هدر می دهد، اما دوام آن را بهبود می بخشد، زیرا بهتر از آن محافظت می شود.

محققان از منسوجاتی استفاده کردند که الیاف آنها تنها از یک ماده ساخته شده بود و بنابراین می‌توانستند تا حد امکان بازیافت شوند. اجزای الکترونیکی را می توان به سادگی با اعمال حرارت از پارچه جدا کرد.

مقدار انرژی که سلول ها دریافت می کنند به اندازه، کمیت و مکان آنها بستگی دارد. مقدار انرژی مورد نیاز با استفاده از یک نرم افزار تعیین می شود. یک جنبه حیاتی تحقیق این است که نرم افزار به دفعات داده ها را ارسال می کند. فرایندهایی با بیشترین مصرف انرژی شامل ارسال اطلاعات، انجام محاسبات و نمایش بر روی صفحه نمایش است. به همین دلیل است که سلول‌های خورشیدی پنهان در منسوجات برای شارژ گوشی هوشمند یا ساعت هوشمند کافی نیستند، اما برای مواردی مانند اندازه‌گیری دما و رطوبت مناسب هستند.

تیم تحقیقاتی فکر می کند که لباس کار بالقوه ترین کاربرد برای منسوجات سلول خورشیدی در حال حاضر است. زیرا ضخیم تر از لباس های معمولی هستند و بنابراین سلول های خورشیدی تاثیر کمتری بر ظاهر و احساس راحتی لباس می گذارند. البته پرده ها هم راه بسیار خوبی برای جمع آوری انرژی خورشیدی هستند.آن ها می‌توانند میزان نور را تشخیص دهند و خودشان را بر اساس آن تنظیم کنند.