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Aug 16, 2023

太陽熱伝達の強化

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9476 (2023) この記事を引用 1183 アクセス数 1 引用数 4 オルトメトリクスの詳細 この研究の目的は、太陽光発電船の使用を調査することです。

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9476 (2023) この記事を引用

1183 アクセス

1 引用

4 オルトメトリック

メトリクスの詳細

この研究の目的は、海事産業における温室効果ガスの排出と化石燃料への依存を削減する手段として、太陽光発電船 (SPS) の使用を調査することです。 この研究は、カーボン ナノチューブ (CNT) を含むハイブリッド ナノ流体 (HNF) を採用することにより、SPS の熱伝達効率を改善することに焦点を当てています。 さらに、SPS の性能を向上させるために、再生可能エネルギーと電磁制御を利用した新しいアプローチが提案されています。 この研究では、非ニュートン マクスウェル型とカッタネオ・クリストフ熱流束モデルを船舶に使用される放物線トラフ型太陽熱集熱器に実装しています。 この研究では、CNT ベースの HNF の熱伝導率と粘度を評価する理論実験とシミュレーションが行われています。 SPS における熱輸送の有効性を決定するために、太陽熱放射、粘性散逸、滑りやすい速度、多孔質媒体などのさまざまな特性が評価されます。 この研究では、類似度変数を使用して複雑な偏微分方程式を常微分方程式に単純化し、チェビシェフ コロケーション スペクトル法を使用してそれらを解きます。 結果は、MWCNT-SWCNT/EO ハイブリッド ナノ流体が熱伝導率を大幅に向上させ、それによって熱伝達を強化することを示しています。 HNF は約 1.78% の効率を示し、最小効率は 2.26% です。

世界的なエネルギー需要は増加し続けていますが、化石燃料の枯渇と電気などの従来のエネルギー源のコストの上昇により、科学者は近年、再生可能エネルギーに焦点を移しています1。 持続可能な資源からの発電は、温室効果ガスを排出しないため、環境に優しい発電方法です。 対照的に、化石燃料の燃焼は二酸化炭素を大気中に排出し、地球温暖化の原因となります2。 さらに、環境活動家は、持続可能な資源の使用が炭素汚染の減少と地球温暖化速度の減速に大きな影響を与える可能性があると強く信じています3。 近年、太陽エネルギーは、そのアクセスしやすさ、有害な排出物の欠如、環境への影響が最小限であることから、持続可能なエネルギーの選択肢として広く議論されるようになり、エネルギー生産にとって非常に魅力的な選択肢となっています4。 太陽エネルギーは、すべてのエネルギー源の中で、長期使用、アクセスの可能性が最も高く、環境への悪影響が最も少ないエネルギーです。 このエネルギー源を適切に利用すれば、現在世界中で使用されている電力量の約 4 倍を生成できる可能性があります5。 最近の研究によると、世界の CO2 排出量は、1985 年に記録されたレベルと比較して、2050 年までに 75% 減少すると予想されています6。米国エネルギー省が実施した研究によると、地表に到達する太陽​​エネルギーの量は、1985 年に減少します。わずか 90 分で、1 年間の世界のエネルギー需要を満たすのに十分です7。 米国からの報告では、太陽エネルギーが他の形態のエネルギーの自然な代替品として機能することが発見されました。 さらに、太陽光発電システムは、暖房と冷房の目的で利用できる熱エネルギーを生成できます。 したがって、現在の主な関心事は、太陽エネルギーを利用する最も効果的な方法を見つけることです。

現在、太陽光を電気に変換する 2 つの著名な方法が広く使用されており、皆さんもよくご存じのはずです。それは、太陽光発電システム (PV) と集中太陽エネルギー (CSE)8 です。 太陽光発電システムには、(a) 家庭や企業向けの発電 9 (b) 宇宙船や衛星への電力供給 10 (c) 自動車、バス、ボートなどのさまざまな種類の車両への電力供給、(d) 遠隔地への電力供給など、数多くの用途があります。都市中心部から遠く離れた地域に電力を供給する、発電機、街路灯、無線通信装置で構成される (RAPS) システム。 簡単に言うと、太陽光発電システムは、持続可能で電力網から独立して動作できる、環境に優しく、手頃な価格でメンテナンスの手間がかからない電気を生成する方法を提供します。 光起電力デバイスは主に、電子を通じて電気を伝導する半導体材料で構成されています。 無制限の数の電子を伝導できる導体とは異なり、半導体は電子の流れを制御できる独自の特性を備えています。 この特徴により、半導体は太陽光発電デバイスにとって貴重なコンポーネントとなります。 一方、CSPは、反射面や光学技術を利用して太陽光を非常に狭い範囲に集中させ、太陽光から発電する方法です。 この集中した太陽光は熱に変換され、タービンを駆動して発電する蒸気の生成に使用できます11。 CSP プラントは大量の電力を生成することができ、日射量が多い地域では特に有益です。 さらに、これらのプラントは大規模に建設することができます。 太陽エネルギーから電気を生成するには、反射板または光学素子を通して太陽光線を小さな領域に集中させる集中太陽光発電技術が使用されます。 このプロセスで熱が発生し、その熱を発電機に通すことで電気を生成することができます。 ただし、一部のテクノロジーでは光学またはその他のシステムが使用されているため、すべてのテクノロジーが太陽光を集中させるためにミラーに依存しているわけではないことに注意することが重要です。 太陽光の熱への変換は、吸収と呼ばれる物理的プロセスを通じて発生することにも注意する必要があります12。 参考文献13によると、米国のカリフォルニアやアリゾナなど、乾燥した暑い気候を特徴とする地域は、集中した太陽光発電を利用する大規模プラントの開発に適しているという。 この形式の再生可能エネルギーは、環境に優しく、有害な汚染物質を排出しないため、化石燃料などの再生不可能な代替エネルギーよりも好まれています。 結論として、太陽エネルギーはクリーンで持続可能な選択肢であり、従来のエネルギー源よりも好まれています。