يستغل نظام الخلايا الكهروضوئية الحرارية الإشعاعات الحرارية من مصادر حرارية مختلفة ، مثل احتراق الوقود، أو الحرارة الصناعية المهدرة، أو الطاقة الشمسية المركزة، أو الطاقة النووية، ويحولها إلى كهرباء.
يعد نظام الخلايا الكهروضوئية الحرارية خيارًا جيدًا لتلبية متطلبات صافي الانبعاثات الصفرية.
تعد الخلية الكهروضوئية الحرارية أهم جزء في نظام الخلايا الكهروضوئية الحرارية. فهي تحول إشعاع الفوتون إلى كهرباء.
علاوة على ذلك، فإن المرونة المذهلة في تحويل مصادر الطاقة الحرارية المختلفة، بما في ذلك الطاقة الشمسية والنووية والاحتراق الكيميائي والحرارة المهدرة، إلى كثافة عالية من الطاقة الكهربائية
تعمل على توسيع نطاق تطبيقات مولدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل كبير، بدءًا من النطاق المجهري إلى النطاق الواسع.
مكونات النظام الكهروضوئي الحراري
يتألف نظام TPV من أربعة مكونات أساسية:
مولد احتراق الوقود الذي ينتج طاقة حرارية
مشعاع يحول هذه الطاقة الحرارية إلى طيف انبعاث محدد
مرشح يوازن بدقة طيف الانبعاث مع خلية TPV
خلية TPV التي تقوم بتحويل إشعاع الفوتون إلى طاقة كهربائية بشكل فعال
مبدأ عمل النظام الكهروضوئي الحراري
تستغل الخلايا الكهروضوئية الطاقة الإشعاعية من المولد وتحولها إلى طاقة كهربائية من خلال نظام TPV. يستغل مولد الطاقة الطاقة من مصادر تدفئة مختلفة وينقلها إلى المبرد، مما يؤدي إلى فقدان بعض الحرارة.
تتضمن الخطوة التالية قيام المبرد بتوليد الطاقة الإشعاعية التي يتم توجيهها بعد ذلك نحو الخلايا الكهروضوئية من خلال المرشح. يخدم هذا المرشح الغرض من تضييق نطاق الانبعاث الناتج عن المبرد.
يجب أن تتجاوز الطاقة المشعة التي ينبعثها المبرد الفجوة النطاقية للخلايا الكهروضوئية من حيث القدرة.
ومع ذلك، فإن أي فوتونات ذات طاقة أقل من الفجوة النطاقية للخلايا الكهروضوئية ستسبب خسائر.
والغرض من استعادة هذه الفوتونات هو الحفاظ على الحرارة وتقليل مصدر التسخين عند درجة حرارة المبرد المطلوبة.
يتم استخدام تحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية لقياس طاقة خرج الخلايا الكهروضوئية.
الفحم هو شكل أساسي من أشكال الكربون يستخدم في المقام الأول كمصدر للوقود، في حين أن الفحم المنشط (المعروف أيضًا باسم الكربون المنشط) هو شكل مسامي للغاية وممتص للكربون يستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك معالجة المياه وتنقية الهواء والصناعة الكيميائية والأغذية والأدوية.
هل الفحم النشط هو نفسه الفحم العادي؟
ما الفرق بين الفحم العادي والفحم النشط
مساحة سطحية محددة مختلفة وقدرة امتصاص مختلفة
من منظور التركيب العنصري وبنية المادة، لا يوجد فرق كبير بين الكربون المنشط (الفحم المنشط) والفحم.
كلاهما مكون من عناصر الكربون وكلاهما فضفاض ومسامي.
الفرق بين الكربون المنشط والفحم العادي هو أن الكربون المنشط أكثر فضفاضة ولديه قدرة امتصاص أقوى.
يتميز الكربون المنشط بمسام متعددة ومساحة سطحية كبيرة ومواد كيميائية نشطة حجم مسامه وبنيته متنوعان، ومساحته السطحية أكبر عمومًا من 500 متر مربع/جرام.
يمنح هذا الهيكل المسامي الكربون المنشط قدرة امتصاص ونشاطًا كيميائيًا قويين للغاية
على النقيض من ذلك، فإن بنية مسام الفحم العادي صغيرة نسبيًا، حيث تقل مساحة السطح عادةً عن 100 متر مربع/جرام، وقدرة امتصاص ضعيفة نسبيًا.
عمليات التحضير المختلفة
ومن منظور تكنولوجيا التحضير، هناك فرق كبير بين الكربون المنشط والفحم العادي.
الكربون المنشط هو منتج يتم الحصول عليه من الخشب والفحم ومواد أخرى بعد معالجة التنشيط بالإضافة إلى عملية الكربنة، يحتاج الكربون المنشط أيضًا إلى المرور بمراحل التنشيط والغسيل الحمضي والتجفيف.
في حين أن الفحم عبارة عن وقود صلب مسامي بني غامق أو أسود، والذي يبقى من الاحتراق غير الكامل للخشب أو المواد الخام الخشبية، أو التحلل الحراري في ظل ظروف الهواء المعزولة. يمر الفحم الخشبي الخام العادي فقط بمرحلة الكربنة.
تتم معالجة الكربون المنشط بشكل أكبر بناءً على كربنة المواد الخام، والعملية أكثر تعقيدًا من الفحم العادي.
بالمقارنة مع الفحم العادي والفحم المصنوع آليًا، في إنتاج قوالب الفحم المصنوعة آليًا، تحتاج المواد الخشبية أولاً إلى سحقها إلى أحجام صغيرة، وتجفيفها إلى درجة رطوبة معينة، وضغطها إلى شكل معين، وأخيرًا تفحيمها.
الاستخدامات المختلفة
من منظور الاستخدام، يعد الكربون المنشط مادة تستخدم على نطاق واسع في معالجة المياه وتنقية الهواء والصناعة الكيميائية والأغذية والأدوية وغيرها من المجالات
في حين أن فحم الفحم العادي هو شكل أساسي من أشكال الكربون يستخدم في المقام الأول كمصدر للوقود، والذي يستخدم على نطاق واسع في التدفئة والطهي والشواء، إلخ.
جوهر الكربون النشط هو أيضًا نوع من الفحم. ومع ذلك، فإنه يختلف كثيرًا عن الفحم العادي الآخر من حيث البنية ومجالات التطبيق.
العامل الرئيسي الذي يؤدي إلى هذه النتيجة هو أن الكربون المنشط له بنية مسام أكثر تطوراً ومساحة سطح محددة أكبر مقارنة بالفحم العادي.
يتمتع الكربون المنشط بقدرة امتصاص عالية للمواد العضوية ويُستخدم على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف الصحي المتقدمة.
كما يُستخدم الكربون المنشط في المحفزات الكيميائية والناقلات، وتنقية الغازات، واستعادة المذيبات، وإزالة اللون وتنقية الزيوت والدهون.
ويُستخدم الكربون المنشط بشكل شائع لامتصاص وإزالة التلوث الداخلي، وإزالة رائحة الأثاث، وإزالة رائحة السيارة.
التشابه بين الفحم العادي والفحم النشط
من منظور التركيب العنصري للمادة، لا يوجد فرق كبير بين الكربون المنشط (الفحم المنشط) والفحم، أي أن كلاهما يتكون من عناصر الكربون.
ومن منظور بنية المادة، فإن كلاهما لهما بنية فضفاضة ومسامية، وهذا هو أيضًا سبب امتلاكهما لقدرة على الامتصاص.
المواد الخام الخاصة بهما كلها مواد خشبية مثل الخشب وقشور جوز الهند.
ومن خلال المناقشة أعلاه، يمكننا أن نرى أن الكربون المنشط يتشابه إلى حد كبير مع الفحم، ولكن هناك بعض الاختلافات الرئيسية بين الاثنين أيضًا.
مقارنة بين الفحم المصنع آليا والفحم الخشبي الخام
يتم تصنيع الفحم المصنوع آليًا عن طريق معالجة وضغط نفايات الخشب ونفايات المحاصيل وقشور الفاكهة وما إلى ذلك، بتكاليف إنتاج منخفضة نسبيًا وأسعار رخيصة نسبيًا.
في المقابل، يجب تصنيع الفحم الخشبي الخام من الخشب الطبيعي، وبالتالي فإن السعر أعلى قليلاً من سعر الفحم المصنوع آليًا.
لذلك، من حيث السعر، فإن قوالب الفحم المصنوعة آليًا أكثر تنافسية في السوق وأسهل قبولًا من قبل المستهلكين.
إن وقت احتراق الفحم المصنوع آليًا طويل نسبيًا، وقوة النيران طويلة الأمد ومستقرة، ولا يتناثر الغبار أثناء الاحتراق، ورائحة الدخان صغيرة نسبيًا، مما لن يؤثر على طعم الطعام.
يتمتع الفحم الأصلي بقوة نيران قوية، لكنه يحترق بسرعة ويحتاج إلى إضافته بشكل متكرر. في الوقت نفسه
عند حرق الفحم، سوف يتناثر الرماد وينبعث منه دخان كثيف ورائحة، وقد يؤثر الفحم السيئ أحيانًا على طعم الطعام.
يتميز الفحم المصنوع آليًا بهيكل مجوف أو صلب بطول وحجم موحدين، وهو أكثر ملاءمة للاحتراق والاستخدام.
