یک صفحه خورشیدی با استفاده از مواد شیمیایی حاصل از اسفناج و باکتری می‌تواند نور را به برق تبدیل کند.
صفحات خورشیدی چیست؟
یکی از مؤثر‌ترین راه‌ها جهت صرفه‌جویی در مصرف برق یا به حداقل رساندن هزینه‌های ناشی از مصرف برق، نصب صفحات خورشیدی است.
صفحات خورشیدی، از ترکیبات نیمه هادی ساخته شده‌اند که وظیفه آنها تبدیل انرژی نورانی خورشید به انرژی الکتریکی میباشد. این صفحات با نام فتوولتائیک (PhotoVoltaic) یا سولار (Solar) شناخته می‌شوند و روی سقفها نصب می‌شوند. صفحات فتوولتائیک (PhotoVoltaic) از نظر تکنولوژی به 3 دسته تقسیم بندی می‌شوند.
صفحات خورشیدی، از ترکیبات نیمه هادی ساخته شده‌اند که وظیفه آنها تبدیل انرژی نورانی خورشید به انرژی الکتریکی میباشد. این صفحات با نام فتوولتائیک (PhotoVoltaic) یا سولار (Solar) شناخته می‌شوند و روی سقفها نصب می‌شوند. صفحات فتوولتائیک (PhotoVoltaic) از نظر تکنولوژی به 3 دسته تقسیم بندی می‌شوند.
- صفحات فتوولتائیک پلی کریستال (Photovoltaic Polycrystalline Panels)
- صفحات فتوولتائیک مونوکریستال (Photovoltaic Monocrystalline Panels)
- صفحات فتوولتائیک نواری (Thin Film)
این سلولها مربع‌های نازک، دیسکها یا فیلم‌هایی از جنس نیمه‌هادی هستند که ولتاژ و جریان کافی را در زمان قرار گرفتن در معرض تابش نور خورشید، تولید می‌کنند. بسیاری از اجزاء و مواد اولیه این سلولهای خورشیدی قابل بازیافت و استفاده هستند. مثلا شیشه‌ها، جعبه‌های پلاستیکی و کلاف‌های فلزی، قابل استفاده مجدد هستند. اما بازیافت برخی از اجزا چون نیمه‌هادی‌ها و ... امکان پذیر نیست.
در بیشتر مواقع لازم است از باتری‌هایی به منظور ذخیره انرژی استفاده شود که این موضوع سبب افزایش هزینه‌ها می‌شود.
همانطور که در کارتون به یاد ماندنی ملوان زبل می‌دیدید، او از اسفناج برای قدرت عضلات خود استفاده می‌کرد. شاید با الهام از این داستان باشد که در حال حاضر، دانشمندان به دنبال استفاده از اسفناج به عنوان منبعی برای تولید برق هستند.
یک سلول خورشیدی نور خورشید را به برق تبدیل می‌کند. امروزه بسیاری از این مواد از ماده‌ای به نام سیلیکون ساخته شده‌اند. تصور می‌شود که به جای این دستگاه، بتوان از پروتئین اسفناج و یک باکتری به نام ردوباکتر اسفیرودس استفاده کرد.
برای ساخت سلولهای خورشیدی، یک تیم از زیست شناسان و شیمیدانان در موسسه فناوری ماساچوست در کمبریج پروتئین‌های حساس به نور را از اسفناج و باکتری‌ها استخراج کردند. آنها حدود 2 میلیارد پروتئین را در یک قطعه شیشه‌ای قرار دادند. آنها پروتئین‌ها را با چسباندن به یک چارچوب خاص که قابل رویت باشد و مانند غشای سلولی عمل کند، ساختند.
سپس محققان لایه‌ای از این پروتئین‌ها را از بین لایه‌هایی از مواد دیگر که به نام نیمه هادی‌ها شناخته می‌شوند، استخراج کردند. این مواد نیمه هادی حامل برق هستند. سپس دانشمندان نوع خاصی از نور را بر روی دستگاه مشاهده کردند. این پروتئین نور را جذب کرده و الکترون‌ها را از طریق لایه نیمه هادی به یک الکترود فرستاده است. در نتیجه می‌توان گفت که این فعالیت باعث جریان الکتریکی شده است.
در این سلول خورشیدی که از پروتئین‌های حساس به نور اسفناج و باکتری‌ها ساخته شده است، جذب نور و الکترون‌های پمپ غشایی، سبب تولید برق می‌شود. یک مزیت این دستگاه در این است که تصور می‌شود سلولهای خورشیدی مبتنی بر پروتئین ممکن است بتوانند خود را ترمیم کنند، درست مانند زندگی گیاهان، که پروتئین‌های خود را در طول زمان جایگزین می‌کنند.
در مرحله اولیه تحقیق، سلولهای اسفناج به اندازه کافی کارآمد نبوده است و محققان می‌خواهند برای بهبود سلولهای خورشیدی پروتئین بیشتری را به یک دستگاه متصل کنند. آنها همچنین می‌خواهند چنین سلولهای خورشیدی برای مدت طولانی تری فعال باشند. یک مزیت این دستگاه در این است که تصور می‌شود سلولهای خورشیدی مبتنی بر پروتئین ممکن است بتوانند خود را ترمیم کنند، درست مانند زندگی گیاهان، که پروتئین‌های خود را در طول زمان جایگزین می‌کنند.
اگر همه این فرضیات کار کند، ممکن است راهی جدید برای تولید انرژی از خورشید به وجود بیاید. به جای صرفا خوردن اسفناج، ممکن است با استفاده از برگ‌های سبز اسفناج بتوانید تلویزیون خود را روشن کنید
کلمات مورد استفاده در متن
باکتری: یک ارگانیسم تک سلولی است. اینها تقریبا در همه جا بر روی زمین، از اعماق دریا تا داخل گیاهان و حیوانات ساکن هستند.
زیست شناسی: مطالعه اقلام زندگی. دانشمندانی که آنها را مطالعه می‌کنند، به عنوان متخصص زیست شناسی شناخته می‌شوند.
سلول: کوچکترین واحد ساختاری و عملکردی یک ارگانیسم است. به طور معمول برای دیدن با چشم غیرمسلح خیلی کوچک است و شامل یک مایع احاطه شده توسط غشا یا دیواره است. بسته به اندازه آنها، حیوانات از هزار تا تریلیون‌ها سلول ساخته می‌شوند. برخی از موجودات، مانند مخمرها، باکتری‌ها و برخی از جلبک‌ها، تنها از یک سلول تشکیل شده اند.
غشای سلولی: ساختاری که داخل سلول را از خارج آن جدا می‌کند. برخی از ذرات مجاز به عبور از غشاء هستند.
جریان الکتریکی: جریان شارژ الکتریکی - برق – که معمولا از حرکت ذرات باردار منفی، به نام الکترون‌ها حاصل می‌شود.
الکتریسیته: جریانی که معمولا از حرکت ذرات باردار منفی یعنی الکترون‌ها ایجاد می‌شود.
الکترود: دستگاهی که برای تماس با بخش غیر فلزی یک مدار الکتریکی استفاده می‌شود. (در الکترونیک) بخشی از یک دستگاه نیمه هادی (مانند یک ترانزیستور) که الکترون‌ها را آزاد یا جمع می‌کند یا می‌تواند حرکت آنها را کنترل کند.
الکترون: ذره باردار منفی که معمولا در اطراف مناطق خارجی اتم قرار دارد. همچنین، حامل برق در جامدات است.
غشا: یک مانع است که عبور (یا جریان) برخی از مواد بسته به اندازه آنها و یا سایر ویژگی‌ها را مسدود می‌کند. غشاء بخشی جدایی ناپذیر از سیستم‌های تصفیه است. بسیاری از آنها به عنوان پوشش بیرونی سلولها یا ارگان‌های بدن عمل می‌کنند.
عضله: نوعی بافت است که تولید حرکات را در فیبرهای عضلانی ایجاد می‌کند. عضله غنی از پروتئین است.
پروتئین: ترکیبی از یک یا چند زنجیره طولانی اسید آمینه ساخته شده است. پروتئین بخش مهمی از همه موجودات زنده است. آنها اساس سلولهای زنده، عضلات و بافت‌ها را تشکیل می‌دهند؛ آنها همچنین کارهایی را در داخل سلول انجام می‌دهند. در میان پروتئین‌های شناخته شده تر و مستقل، هموگلوبین (در خون) و آنتی بادی‌ها (همچنین در خون) را می‌توان نام برد که تلاش می‌کنند با عفونت‌ها مبارزه کنند.
نیمه هادی: ماده‌ای که گاهی اوقات برق را هدایت می‌کند. نیمه هادی‌ها بخش مهمی از تراشه‌های رایانه‌ای و برخی از فناوری‌های جدید الکترونیکی هستند.
سیلیکون: عنصر نیمه رسانای غیر فلزی مورد استفاده در ساخت مدارهای الکترونیکی. سیلیکون خالص به شکل کریستالی درخشان تا خاکستری و به عنوان یک پودر بی شکل وجود دارد.
سلول خورشیدی: دستگاهی که انرژی خورشیدی را به برق تبدیل می‌کند.
فن آوری: استفاده از دانش علمی برای اهداف عملی، به ویژه در صنعت و یا دستگاه‌ها، فرآیندها و سیستم‌هایی که از آن منتج می‌شود.
در بیشتر مواقع لازم است از باتری‌هایی به منظور ذخیره انرژی استفاده شود که این موضوع سبب افزایش هزینه‌ها می‌شود.
همانطور که در کارتون به یاد ماندنی ملوان زبل می‌دیدید، او از اسفناج برای قدرت عضلات خود استفاده می‌کرد. شاید با الهام از این داستان باشد که در حال حاضر، دانشمندان به دنبال استفاده از اسفناج به عنوان منبعی برای تولید برق هستند.
یک سلول خورشیدی نور خورشید را به برق تبدیل می‌کند. امروزه بسیاری از این مواد از ماده‌ای به نام سیلیکون ساخته شده‌اند. تصور می‌شود که به جای این دستگاه، بتوان از پروتئین اسفناج و یک باکتری به نام ردوباکتر اسفیرودس استفاده کرد.
برای ساخت سلولهای خورشیدی، یک تیم از زیست شناسان و شیمیدانان در موسسه فناوری ماساچوست در کمبریج پروتئین‌های حساس به نور را از اسفناج و باکتری‌ها استخراج کردند. آنها حدود 2 میلیارد پروتئین را در یک قطعه شیشه‌ای قرار دادند. آنها پروتئین‌ها را با چسباندن به یک چارچوب خاص که قابل رویت باشد و مانند غشای سلولی عمل کند، ساختند.
سپس محققان لایه‌ای از این پروتئین‌ها را از بین لایه‌هایی از مواد دیگر که به نام نیمه هادی‌ها شناخته می‌شوند، استخراج کردند. این مواد نیمه هادی حامل برق هستند. سپس دانشمندان نوع خاصی از نور را بر روی دستگاه مشاهده کردند. این پروتئین نور را جذب کرده و الکترون‌ها را از طریق لایه نیمه هادی به یک الکترود فرستاده است. در نتیجه می‌توان گفت که این فعالیت باعث جریان الکتریکی شده است.
در این سلول خورشیدی که از پروتئین‌های حساس به نور اسفناج و باکتری‌ها ساخته شده است، جذب نور و الکترون‌های پمپ غشایی، سبب تولید برق می‌شود. یک مزیت این دستگاه در این است که تصور می‌شود سلولهای خورشیدی مبتنی بر پروتئین ممکن است بتوانند خود را ترمیم کنند، درست مانند زندگی گیاهان، که پروتئین‌های خود را در طول زمان جایگزین می‌کنند.
در مرحله اولیه تحقیق، سلولهای اسفناج به اندازه کافی کارآمد نبوده است و محققان می‌خواهند برای بهبود سلولهای خورشیدی پروتئین بیشتری را به یک دستگاه متصل کنند. آنها همچنین می‌خواهند چنین سلولهای خورشیدی برای مدت طولانی تری فعال باشند. یک مزیت این دستگاه در این است که تصور می‌شود سلولهای خورشیدی مبتنی بر پروتئین ممکن است بتوانند خود را ترمیم کنند، درست مانند زندگی گیاهان، که پروتئین‌های خود را در طول زمان جایگزین می‌کنند.
اگر همه این فرضیات کار کند، ممکن است راهی جدید برای تولید انرژی از خورشید به وجود بیاید. به جای صرفا خوردن اسفناج، ممکن است با استفاده از برگ‌های سبز اسفناج بتوانید تلویزیون خود را روشن کنید
کلمات مورد استفاده در متن
باکتری: یک ارگانیسم تک سلولی است. اینها تقریبا در همه جا بر روی زمین، از اعماق دریا تا داخل گیاهان و حیوانات ساکن هستند.
زیست شناسی: مطالعه اقلام زندگی. دانشمندانی که آنها را مطالعه می‌کنند، به عنوان متخصص زیست شناسی شناخته می‌شوند.
سلول: کوچکترین واحد ساختاری و عملکردی یک ارگانیسم است. به طور معمول برای دیدن با چشم غیرمسلح خیلی کوچک است و شامل یک مایع احاطه شده توسط غشا یا دیواره است. بسته به اندازه آنها، حیوانات از هزار تا تریلیون‌ها سلول ساخته می‌شوند. برخی از موجودات، مانند مخمرها، باکتری‌ها و برخی از جلبک‌ها، تنها از یک سلول تشکیل شده اند.
غشای سلولی: ساختاری که داخل سلول را از خارج آن جدا می‌کند. برخی از ذرات مجاز به عبور از غشاء هستند.
جریان الکتریکی: جریان شارژ الکتریکی - برق – که معمولا از حرکت ذرات باردار منفی، به نام الکترون‌ها حاصل می‌شود.
الکتریسیته: جریانی که معمولا از حرکت ذرات باردار منفی یعنی الکترون‌ها ایجاد می‌شود.
الکترود: دستگاهی که برای تماس با بخش غیر فلزی یک مدار الکتریکی استفاده می‌شود. (در الکترونیک) بخشی از یک دستگاه نیمه هادی (مانند یک ترانزیستور) که الکترون‌ها را آزاد یا جمع می‌کند یا می‌تواند حرکت آنها را کنترل کند.
الکترون: ذره باردار منفی که معمولا در اطراف مناطق خارجی اتم قرار دارد. همچنین، حامل برق در جامدات است.
غشا: یک مانع است که عبور (یا جریان) برخی از مواد بسته به اندازه آنها و یا سایر ویژگی‌ها را مسدود می‌کند. غشاء بخشی جدایی ناپذیر از سیستم‌های تصفیه است. بسیاری از آنها به عنوان پوشش بیرونی سلولها یا ارگان‌های بدن عمل می‌کنند.
عضله: نوعی بافت است که تولید حرکات را در فیبرهای عضلانی ایجاد می‌کند. عضله غنی از پروتئین است.
پروتئین: ترکیبی از یک یا چند زنجیره طولانی اسید آمینه ساخته شده است. پروتئین بخش مهمی از همه موجودات زنده است. آنها اساس سلولهای زنده، عضلات و بافت‌ها را تشکیل می‌دهند؛ آنها همچنین کارهایی را در داخل سلول انجام می‌دهند. در میان پروتئین‌های شناخته شده تر و مستقل، هموگلوبین (در خون) و آنتی بادی‌ها (همچنین در خون) را می‌توان نام برد که تلاش می‌کنند با عفونت‌ها مبارزه کنند.
نیمه هادی: ماده‌ای که گاهی اوقات برق را هدایت می‌کند. نیمه هادی‌ها بخش مهمی از تراشه‌های رایانه‌ای و برخی از فناوری‌های جدید الکترونیکی هستند.
سیلیکون: عنصر نیمه رسانای غیر فلزی مورد استفاده در ساخت مدارهای الکترونیکی. سیلیکون خالص به شکل کریستالی درخشان تا خاکستری و به عنوان یک پودر بی شکل وجود دارد.
سلول خورشیدی: دستگاهی که انرژی خورشیدی را به برق تبدیل می‌کند.
فن آوری: استفاده از دانش علمی برای اهداف عملی، به ویژه در صنعت و یا دستگاه‌ها، فرآیندها و سیستم‌هایی که از آن منتج می‌شود.
برگرفته از سایت ساینس نیوز فور استیودنتس
