लचीले सोलर पैनल स्वायत्त ड्रोन के लिए लंबी उड़ान को सक्षम बनाते हैं

एक टीम ऑफ़ रिसर्चर्स लेड बाय इंजीनियर्स फ्रॉम जोहान्स केप्लर यूनिवर्सिटी लिंज़ ने एक अल्ट्रा-लाइट, इफ़ेक्टिव सोलर पैनल डिज़ाइन प्रस्तुत किया है। नया लचीला सोलर पैनल विभिन्न अगली पीढ़ी के अनुप्रयोगों के लिए द्वार खोलता है, जिसमें सेल्फ-चार्जिंग ड्रोन और अधिक शामिल हैं। यहाँ वह सब कुछ है जो आपको जानना चाहिए।

ड्रोन को स्वायत्त पावर सिस्टम की क्यों आवश्यकता है

मनुष्य अभी भी मानवता के अनुसंधान और अन्वेषण को शक्ति देने के लिए स्वायत्त ऊर्जा स्रोतों की खोज में लगा है। कई स्थितियों में ये सिस्टम ही एकमात्र विकल्प होते हैं। उदाहरण के लिए, मार्स हेलिकॉप्टर इन्गेन्युइटी ने इन सिस्टमों की शक्ति और अतिरिक्त क्षमताओं को प्रदर्शित किया। स्वयं-निर्भर सोलर-पावर्ड ड्रोन ने मार्स पर कई अनमैन्ड उड़ानें कीं, जिससे इंजीनियरों और शोधकर्ताओं को डेटा का खजाना मिला।

सौर ऊर्जा ने NASA के मार्स हेलिकॉप्टर को कैसे सक्षम किया

जब आप इन्गेन्युइटी की सफलता को देखते हैं, तो यह स्पष्ट हो जाता है कि ड्रोन के स्वायत्त पावर सिस्टम मिशन का एक महत्वपूर्ण घटक थे। विस्तारित उपयोग के बाद पुनः शक्ति प्राप्त करने की क्षमता के बिना, मार्स का हेलिकॉप्टर एक बार की उड़ान तक सीमित रह जाता, जिससे खर्च का औचित्य नहीं बनता।

हालाँकि, विमान की स्वयं-रीचार्ज करने की क्षमता ने इसे कई मिशनों को बड़ी सफलता के साथ करने की अनुमति दी। विशेष रूप से, इस विमान ने अपनी छह लिथियम-आयन बैटरियों को पुनः उत्पन्न करने के लिए एक सोलर पैनल का उपयोग किया। ये बैटरियां पूरी तरह चार्ज होने पर 90 सेकंड की उड़ान समय प्रदान करती थीं।

स्पेस ड्रोन के लिए सौर ऊर्जा ही एकमात्र व्यावहारिक ऊर्जा स्रोत क्यों है

स्पेस ट्रैवल की जरूरतों के लिए केवल सौर ऊर्जा ही काम करेगी, इसके कई कारण हैं। पहला, ईंधन, मोटर या अन्य घटकों जैसे आइटम लाने की लागत बहुत अधिक है, जिससे इन जरूरतों को संभालने वाले सिस्टम का निर्माण निवेश योग्य नहीं रहता।

इसके अतिरिक्त, चार्जिंग स्टेशन, केबल और अन्य आवश्यकताएं हेलिकॉप्टर को बहुत भारी बना देतीं। मार्स पर, ग्रह की अलग वायुमंडलीय स्थितियों के कारण उड़ान उत्पन्न करने के लिए अधिक लिफ्ट की आवश्यकता होती है। इसलिए, इंजीनियरों को इसे यथासंभव हल्का बनाना पड़ता है। सोलर पैनल स्पष्ट समाधान थे।

पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स क्या हैं और वे क्यों महत्वपूर्ण हैं

ध्यान देने योग्य बात यह है कि शोधकर्ताओं के पास उपलब्ध कई नवीकरणीय ऊर्जा विकल्पों में, सोलर पैनल सबसे अधिक उपलब्ध हैं और सबसे अधिक समझ में आते हैं। हालिया विकास ने सोलर पैनलों को अधिक कुशल और हल्का बना दिया है। पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स का उपयोग कई कारणों से एक गेम‑चेंजर रहा है।

पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स इंजीनियरों को अल्ट्रा-थिन और लचीले सोलर सेल्स बनाने की क्षमता प्रदान करती हैं। ये सेल्स हल्के डिज़ाइन से उच्च दक्षता प्रदान कर सकते हैं। यह डिज़ाइन पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स को ड्रोन पावरिंग पर चर्चा करते समय सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले विकल्पों में से एक बनाता है।

पेरोव्स्काइट सोलर अपनाने में बाधाएं

पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स के आगे के विकास और अनुप्रयोग को रोकने वाले कई मुद्दे हैं। पहला, इनकी संचालन स्थिरता खराब है। ये डिवाइस संवेदनशील होते हैं, और कोई भी अचानक गति परिवर्तन, टकराव, या धूल इनकी प्रभावशीलता को कम कर सकती है। सौभाग्य से, इंजीनियरों ने कुछ अनोखे वैरिएंट विकसित किए हैं जो स्वायत्त ड्रोन जैसे विशिष्ट उपयोग मामलों को संभाल सकते हैं।

टेक्नोलॉजी के अंदर: 2D पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स

पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स एक परतदार क्रिस्टल संरचना को एकीकृत करके हल्का और अधिक कुशल डिज़ाइन बनाते हैं। ये यूनिट्स आज उपलब्ध सबसे उन्नत प्रकार के सोलर पैनल हैं। वे मेटल‑हैलाइड शीट्स को एकीकृत करते हैं जो प्रकाश परिवर्तन को अधिकतम करने के लिए ऑर्गेनिक स्पेस का उपयोग करती हैं। उल्लेखनीय रूप से, 2D पेरोव्स्काइट का रासायनिक सूत्र RAn‑1BnX3n+1 है।

ड्रोन के लिए 2D पेरोव्स्काइट सोलर पैनल के लाभ

2D पेरोव्स्काइट सेल्स ड्रोन इंजीनियरों के लिए शीर्ष विकल्प बने रहने के कई कारण हैं। पहला, वे बेहतर थर्मल और नमी स्थिरता प्रदान करते हैं। इन डिवाइसों में निर्मित ऑर्गेनिक स्पेस हाइड्रोफोबिक बाधा के रूप में कार्य करती है, जो महत्वपूर्ण है।

इसके अलावा, पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स पारंपरिक संस्करणों की तुलना में बेहतर फोटोल्यूमिनेसेंस क्वांटम यील्ड (PLQY) प्रदान करती हैं। क्रिस्टल संरचना इन यूनिट्स को डिवाइस में अधिक स्थिर और समान शक्ति प्रदान करने में सक्षम बनाती है। दिलचस्प बात यह है कि अब 3D पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स भी मौजूद हैं। मुख्य अंतर क्रिस्टलों की सटीक व्यवस्था में है।

अध्ययन अवलोकन: हल्का लचीला सोलर पैनल ब्रेकथ्रू

अध्ययन “उच्च विशिष्ट शक्ति और बेहतर स्थिरता वाले लचीले क्वासी‑2D पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स ऊर्जा‑स्वायत्त ड्रोन के लिए,”¹ नेचर में प्रकाशित, एक नई प्रकार की सोलर सेल पर प्रकाश डालता है।

ट्रांसपेरेंट‑कंडक्टिव‑ऑक्साइड‑फ्री क्वासी‑टू‑डायमेंशनल पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स एक छोटे और हल्के डिज़ाइन से विश्वसनीय और स्थिर पावर जेनरेशन प्रदान करती हैं। नया डिज़ाइन भविष्य के अंतरिक्ष अन्वेषण और अधिक को शक्ति देने में मदद कर सकता है।

स्रोत – नेचर एनर्जी

JKU के शोधकर्ताओं ने अपने अल्ट्रा‑लाइट क्वासी‑2D पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स के डिज़ाइन और निर्माण प्रक्रिया को साझा किया। उन्होंने डिवाइस को बहुत पतला और लचीला सुनिश्चित करके शुरू किया।

इंजीनियरों ने अल्फा‑मेथाइलबेंज़िल अमोनियम आयोडाइड को सीधे फोटोएक्टिव पेरोव्स्काइट लेयर में जोड़ा। इस चरण ने केवल 2.5 µm माप की अल्ट्राथिन पॉलीमर फ़ॉइल को लागू करना आसान बना दिया। प्रभावशाली रूप से, यह मानव बाल से 20 गुना छोटा है। इसके बाद इसे एल्यूमिना बैरियर लेयर से कोट किया गया, जिससे सोलर जेनरेशन क्षमताओं को और अनुकूलित किया गया।

 स्वायत्त ड्रोन प्लेटफ़ॉर्म पर वास्तविक‑विश्व परीक्षण

परीक्षण प्रक्रिया के हिस्से के रूप में, टीम ने एक ऑफ‑द‑शेल्फ क्वाडकॉप्टर को अपने सोलर पैनलों का उपयोग करने के लिए संशोधित किया। विशेष रूप से, 24 इंटरकनेक्टेड 1 cm² सोलर सेल्स को डिवाइस से जोड़ा गया। उल्लेखनीय रूप से, ये सेल्स अल्ट्रा‑थिन और हल्की थीं, जो कुल ड्रोन वजन का 1/400 से भी कम थीं।

इंजीनियरों ने कई परीक्षण किए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि उनका डिवाइस सही ढंग से काम करता है और प्रदर्शन एवं स्थिरता डेमोंस्ट्रेशन के दौरान उन्होंने जो ऊर्जा अनुमानित की थी, उसे उत्पन्न कर सकता है। डिवाइस ने 44 W/g की चैंपियन‑स्पेसिफिक पावर दर्ज की, औसत 41 W पर थोड़ी कम रही। डिवाइस ने 1.15 V की ओपन‑सर्किट वोल्टेज प्रदान की। कुल मिलाकर, इसने 20.1 % की दक्षता हासिल की, औसत 18.1 % पर।

परिणाम प्रदर्शन: पावर डेंसिटी और दक्षता मीट्रिक

परिणामों ने दिखाया कि अल्ट्रा‑लाइट पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स स्वायत्त ऊर्जा हार्वेस्टिंग डिवाइसों के लिए एक किफायती समाधान प्रदान करती हैं। यूनिट का उल्लेखनीय प्रदर्शन और 44 W प्रति ग्राम पावर आउटपुट इसे आज की प्रतिस्पर्धी तकनीकों के मुकाबले अलग खड़ा करता है।

इसके अतिरिक्त, परीक्षण ने सिद्ध किया कि ये पावर यूनिट्स ड्रोन को लंबी उड़ानें करने और बिना तार वाले रीचार्जिंग के लगातार चार्ज‑फ़्लाइट‑चार्ज चक्रों को पूरा करने में सक्षम बनाती हैं। ये कारक संकेत देते हैं कि यह दृष्टिकोण अंततः स्वायत्त डिवाइसों को वैश्विक स्तर पर संचालित करने में सक्षम करेगा।

लचीले पेरोव्स्काइट सोलर पैनल क्यों एक गेम‑चेंजर हैं

नए सोलर पैनल डिज़ाइन के साथ कई लाभ आते हैं। पहला, वे अल्ट्रा‑लाइट और पावर‑इफ़िशिएंट इलेक्ट्रॉनिक्स प्रदान करते हैं जिनमें स्वयं‑पावर करने की क्षमता होती है। भविष्य में, आपके इलेक्ट्रॉनिक्स को किसी प्लग की आवश्यकता नहीं होगी या चलाने में लागत नहीं आएगी। इसके बजाय, वे इन सोलर सेल्स का उपयोग करके सीधे ऊर्जा संग्रहित कर सकते हैं।

हल्का

इन सोलर सेल्स का हल्का डिज़ाइन उन्हें स्वायत्त उड़ान या अन्य छोटे अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाता है। ये सेल्स इतने छोटे हैं कि डिवाइस अभी भी उड़ान भर सकते हैं बिना उनके संचालन में बाधा डाले। इसलिए, आगे चलकर इन्हें अधिक एकीकरण मिलेगा।

अनुकूलनीय

ये सोलर सेल्स विभिन्न उपयोग केस परिदृश्यों को पूरा करने के लिए अत्यधिक अनुकूलनीय हैं। इन्हें विशेष पैटर्न में बनाया जा सकता है या छोटे सतह पर फिट करने के लिए तैयार किया जा सकता है और कार्य पूर्ण करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान कर सकते हैं। भविष्य में, इंजीनियर और अधिक लचीले डिज़ाइन बनाने की दिशा में काम करेंगे।

उच्च दक्षता

सोलर पैनल दक्षता शुरुआती दिनों से ही एक बड़ी चिंता रही है। आज के सोलर सेल्स बहुत अधिक कुशल नहीं हैं, अधिकांश ऊर्जा हीट और अन्य कारकों में खो जाती है। यह नवीनतम डिज़ाइन दक्षता को सुधारता है और इंजीनियरों को अधिक डिज़ाइन लचीलापन देता है बिना प्रदर्शन से समझौता किए।

हल्के सोलर पैनलों के वास्तविक‑विश्व उपयोग केस

इन नए पैनलों के उपयोग के लिए कई संभावनाएं हैं। पहला, उनका अल्ट्रा‑थिन डिज़ाइन और पावर आउटपुट उन्हें विभिन्न छोटे पावर जेनरेशन जरूरतों के लिए आदर्श बनाता है। यहाँ कुछ संभावित अनुप्रयोग हैं।

एयरोस्पेस उद्योग

एयरोस्पेस उद्योग इस तकनीक को विभिन्न तरीकों से उपयोग कर सकता है। ड्रोन और क्राफ्ट को असीमित रेंज के साथ पावर करने से लेकर नई ग्रहों की खोज तक। पहले ही, एयरोस्पेस ने इस तकनीक के पिछले संस्करणों को एकीकृत करके उल्लेखनीय माइलस्टोन हासिल किए हैं। अब, यह तकनीक नई पीढ़ी के खोजकर्ताओं और वैज्ञानिकों को पावर देने के लिए तैयार है।

वियरेबल इलेक्ट्रॉनिक्स

वियरेबल्स एक तेज़ी से बढ़ता हुआ तकनीकी सेक्टर है जो कई उद्योगों को कवर करता है। इन डिवाइसों में आपके स्मार्टफ़ोन से बहुत अधिक चीज़ें शामिल हैं। मेडिकल डिवाइस जो रोगियों के लिए महत्वपूर्ण डेटा रिकॉर्ड करते हैं, इस तकनीक के कारण विस्तारित उपयोग और आयु देख सकते हैं। साथ ही, व्यक्तिगत सुरक्षा डिवाइस अधिक समय तक चल सकते हैं और अधिक प्रभावी बन सकते हैं।

इंटरनेट ऑफ थिंग्स

IoT एक विशाल तकनीकी सेक्टर है जिसमें अरबों स्मार्ट डिवाइस शामिल हैं। ये डिवाइस वर्तमान में बैटरियों और पावर स्रोतों पर निर्भर हैं। भविष्य में, उन्हें इन वस्तुओं की आवश्यकता नहीं होगी क्योंकि सोलर पावर उन्हें कम प्रयास में समान परिणाम हासिल करने में मदद कर सकता है। उल्लेखनीय रूप से, अरबों स्मार्ट डिवाइस IoT श्रेणी में आते हैं। इसलिए, स्व-पावर क्षमताओं का एकीकरण एक गेम‑चेंजर होगा।

सर्च एंड रेस्क्यू

एक और प्रमुख बिंदु इन सिस्टमों का उपयोग सर्च एंड रेस्क्यू ड्रोन को पावर देने में है। पहले से ही, सॉफ्ट रोबोट जो अपने शरीर को पाइप या दरारों जैसे तंग स्थानों में फिट करने के लिए अनुकूलित कर सकते हैं, भविष्य के आपदा और बचाव प्रयासों के लिए सबसे अच्छा विकल्प माने जा रहे हैं। इन डिवाइसों में एक स्व-पावर सिस्टम जोड़ने से उनकी क्षमताएं बढ़ेंगी और दीर्घकालिक संचालन संभव होगा।

मैपिंग

सोलर‑पावर्ड ड्रोन बड़े‑पैमाने पर मैपिंग ऑपरेशनों के लिए आदर्श समाधान होंगे। आप सोच सकते हैं कि मैपिंग एक पुरानी विज्ञान है, लेकिन वास्तविकता बिल्कुल अलग है। हर दिन पृथ्वी बदलती है, और विशिष्ट सीमाएं, संसाधन, और अन्य महत्वपूर्ण विशेषताएं बदलती रहती हैं। इसलिए, इन बदलावों को मैप करना पर्यावरण और अन्य महत्वपूर्ण विकासों को ट्रैक करने का एक आवश्यक पहलू है।

वायरलेस सोलर‑पावर्ड मैपिंग ड्रोन विशाल रेंज को पार कर सकते हैं और बिना किसी मानव हस्तक्षेप के अपडेटेड मैपिंग विवरण प्रदान कर सकते हैं। इन डिवाइसों को सोलर‑पावर्ड बनाना उन्हें चार्जिंग स्टेशन पर वापस आने से जुड़ी सभी देरी के बिना अपने लक्ष्यों को प्राप्त करने में मदद करेगा।

ब्रेकथ्रू डिज़ाइन के पीछे के शोधकर्ताओं से मिलें

जोहान्स केप्लर यूनिवर्सिटी लिंज़ के शोधकर्ताओं ने लचीले सोलर पैनल अध्ययन का नेतृत्व किया। पेपर में बेकले हैले ग्नाव, स्टेपन डेम्च्यशिन, क्रिस्टोफ़ पुट्ज़, लुकास ई. लेह्नर, डेविड शिलर, रोलैंड प्रुक्नर, और मार्टिन काल्टेनब्रूनर को मुख्य लेखकों के रूप में सूचीबद्ध किया गया है। अब टीम अपने डिज़ाइन को और छोटा और अधिक प्रभावी बनाने के लिए सुधार करने की दिशा में काम कर रही है।

स्टॉक स्पॉटलाइट: फर्स्ट सोलर और सोलर टेक का भविष्य

कई कंपनियां सोलर पैनल रेस में अग्रणी हैं। ये फर्में नवाचार को नई ऊँचाइयों तक ले जाने के लिए लगातार प्रयासरत हैं ताकि छोटे और अधिक कुशल पैनल आम जनता के लिए उपलब्ध हों। यह नवीनतम विकास इन फर्मों को अपने लक्ष्य हासिल करने में मदद करेगा। यहाँ एक कंपनी है जो इन विकासों का पूरा लाभ उठाने के लिए स्थित है।

First Solar

First Solar (FSLR ) ने 1999 में First Solar Holdings के रूप में बाजार में प्रवेश किया। इसका लक्ष्य औद्योगिक और एंटरप्राइज़‑लेवल क्लाइंट्स को हाई‑एंड और कुशल सोलर पैनल प्रदान करना था। इसलिए, इसका मुख्य बाजार बड़े सोलर प्लांट्स को पैनल प्रदान करना है। कंपनी का मुख्यालय टेम्पे, एरिज़ोना में स्थित है।

अपने लॉन्च के बाद से, फर्म ने अपने संचालन और उत्पाद प्रसाद को विस्तारित किया है, जिसमें सोलर‑संबंधित विकल्पों की एक श्रृंखला शामिल है। उल्लेखनीय रूप से, फर्म ने अल्ट्रा‑थिन सेमीकंडक्टर तकनीक का अग्रणी कार्य किया और सोलर पैनल सेक्टर में रीसाइक्लिंग की आवश्यकता को बढ़ावा देने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। आज, इसे सोलर पैनल निर्माण के सबसे पर्यावरण‑अनुकूल विकल्पों में से एक माना जाता है।

पिछले वर्ष में First Solar ने अपने स्टॉक प्राइस में गिरावट देखी है, जो आंशिक रूप से यूक्रेन में संघर्ष और अन्य कारकों के कारण है। मूल्य गिरावट के बावजूद, कई विश्लेषकों का अनुमान है कि भविष्य में इस स्टॉक की मांग बढ़ेगी।

कंपनी वर्तमान में नई उत्पादों के विकास में लगी है और यूएस, मलेशिया और वियतनाम में निर्माण सुविधाएं संचालित करती है। जो लोग एक विश्वसनीय और मान्यता प्राप्त सोलर स्टॉक की तलाश में हैं, उन्हें FSLR पर अधिक शोध करने पर विचार करना चाहिए।

फर्स्ट सोलर पर नवीनतम

सोलर का भविष्य: केबल‑फ्री, सेल्फ‑पावर्ड डिवाइस

जब इस अध्ययन की तकनीक और संभावनाओं की जांच की जाती है, तो स्पष्ट हो जाता है कि भविष्य संभवतः नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों, जैसे सोलर, द्वारा संचालित होगा। जैसे-जैसे ये पैनल अधिक किफायती, छोटे और कुशल होते जाएंगे, उनका एकीकरण बहुत बढ़ेगा।

भविष्य में, आपको अपने इलेक्ट्रॉनिक्स को बदलने की आवश्यकता नहीं होगी; बल्कि, आप उन्हें केवल 10 मिनट के लिए खिड़की के पास रख सकते हैं। यह सब और अधिक संभव है लचीले सोलर पैनल अध्ययन में प्रस्तुत नवाचारी अवधारणाओं के कारण।

अन्य नवीकरणीय ऊर्जा विकास के बारे में यहाँ जानें।

उद्धृत अध्ययन:

^{1. Hailegnaw, B., Demchyshyn, S., Putz, C. et al. उच्च विशिष्ट शक्ति और बेहतर स्थिरता वाले लचीले क्वासी‑2D पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स ऊर्जा‑स्वायत्त ड्रोन के लिए। Nat Energy 9, 677–690 (2024). https://doi.org/10.1038/s41560-024-01500-2}