नई विकसित अल्ट्राथिन ऑर्गेनिक फोटोवोल्टाइक के साथ सौर ऊर्जा से चलने वाले पहनने योग्य उपकरण जल्द ही संभव हो जाएंगे

सौर ऊर्जा की क्रांतिकारी क्षमताएँ पहले ही निर्विवाद रूप से सिद्ध हो चुकी हैं। इसकी बढ़ती सफलता, दैनिक तकनीकी नवाचारों के साथ और नवीकरणीय ऊर्जा की बढ़ती मांग के साथ, वैश्विक स्मार्ट सौर ऊर्जा बाजार2028 तक US$27 बिलियन से अधिक हो सकता है 2022 में US$13 बिलियन से कम से।

वृद्धि पूर्वानुमान बाजार के दोगुना होने का संकेत देते हैं, जिसमें फोटोवोल्टाइक सामग्री, ऊर्जा भंडारण, स्मार्ट ग्रिड, सौर ऊर्जा प्रणालियों आदि में उच्चस्तरीय नवाचार देखे जा रहे हैं। उल्लेखनीय रूप से, सौर ऊर्जा पहनने योग्य उपकरणों के क्षेत्र में भी अपनी छाप छोड़ रही है, और शोध एवं प्रयोग जल्द ही सौर-चालित पहनने योग्य उपकरणों को पेश करने की उम्मीद है।

अल्ट्रा-लचीले ऑर्गेनिक फोटोवोल्टाइक को पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स के संभावित ऊर्जा स्रोत के रूप में

Nature Communications में प्रकाशित नया शोध, जिसका शीर्षक ‘वॉटरप्रूफ और अल्ट्रा-फ्लेक्सिबल ऑर्गेनिक फोटोवोल्टाइक विद इम्प्रूव्ड इंटरफ़ेस एडहेशन’ है, अल्ट्रा-फ्लेक्सिबल ऑर्गेनिक फोटोवोल्टाइक की खिंचाव क्षमता और हल्के वजन को उजागर करता है, जिससे वे इलेक्ट्रॉनिक पहनने योग्य उपकरणों के लिए एक शक्तिशाली ऊर्जा स्रोत बनते हैं। हालांकि, शोध यह भी स्वीकार करता है कि यदि उनकी यांत्रिक लचीलापन और अनुकूलनशीलता अपरिवर्तित रहे तो इन समाधानों को जलरोधक बनाना एक चुनौती बना रहता है।

इसने दिखाया है कि इस चुनौती को कैसे संबोधित किया जा सकता है, मूल रूप से ऑर्गेनिक फोटोवोल्टाइक को एक श्रेष्ठ समाधान के रूप में स्थापित किया गया है। समाधान में इंटरफ़ेस चिपकन को मजबूत करने के लिए होल-ट्रांसपोर्टिंग लेयर की इन-सिटू वृद्धि का उपयोग शामिल है, जो एक्टिविटी लेयर और एनोड के बीच होती है। विशेष रूप से, यह समाधान सिल्वर इलेक्ट्रोड को एक्टिविटी लेयर्स के ऊपर जमा करने की अनुमति देता है। डिपोजिशन के बाद थर्मल एनीलिंग किया जाता है।

शोध ने पाया कि इन-सिटू विधि पारंपरिक विधि से कहीं अधिक श्रेष्ठ है, क्योंकि यह दर्शाती है कि इन-सिटू उगाई गई होल-ट्रांसपोर्टिंग लेयर सक्रिय लेयर्स के बीच बेहतर थर्मोडायनामिक चिपकन गुण रखती है, जिससे जलरोधक गुणों में सुधार होता है।

प्रयोग में, इस विधि से निर्मित तीन माइक्रोमीटर मोटी ऑर्गेनिक फोटोवोल्टाइक ने क्रमशः चार घंटे तक पानी में डुबोने और जल के नीचे 30% स्ट्रेन पर 300 स्ट्रेच/रिलीज़ चक्रों के बाद भी अपनी मूल कार्यक्षमता के 89% और 96% को बरकरार रखा।

इन संख्याओं ने उनकी लचीलापन और जलरोधक विशेषताओं की पुष्टि की, जबकि उपकरणों ने अपनी पतली एन्कैप्सुलेशन लेयर के बावजूद मशीन वॉश टेस्ट को सहजता से पार किया।

समग्र रूप से, प्रयोग ने दिखाया कि सौर कोशिकाएँ जलरोधक बनकर बड़े पैमाने पर संचालन के लिए उपयुक्त हो सकती हैं।

अब सौर कोशिकाओं को कपड़ों में कार्यात्मक रूप से एकीकृत किया जा सकता है, जो बारिश के संपर्क या धुलाई चक्र के बाद भी प्रभावी रहती हैं। इसलिए यह नवाचार विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि यह ऐसे पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरण बनाने में मूल्यवान हो सकता है जिन्हें कपड़ों से जोड़ा जा सके और विभिन्न मौसम स्थितियों में कार्यशील रह सकें।

प्रयोग के बारे में बात करते हुए और इसकी संभावित उपयोगिता को विस्तार से बताते हुए, पेपर के सह-लेखकों में से एक केनजिरो फुकुडा ने कहा:

हमने जो विधि बनाई है, वह अधिक सामान्य रूप से उपयोग की जा सकती है। भविष्य की ओर देखते हुए, हवा के संपर्क, तीव्र प्रकाश और यांत्रिक तनाव जैसी अन्य क्षेत्रों में उपकरणों की स्थिरता को सुधारकर, हम अपनी अल्ट्राथिन ऑर्गेनिक सौर कोशिकाओं को और विकसित करने की योजना बना रहे हैं ताकि वे वास्तव में व्यावहारिक पहनने योग्य उपकरणों में उपयोग की जा सकें।

जबकि विश्व भर के शोधकर्ता सौर कोशिकाओं को अधिक उपयोगी और व्यावहारिक बनाने के लिए उत्सुक हैं, कुछ कंपनियां बड़े पैमाने पर समाधान विकसित करने के लिए अनुसंधान एवं विकास में भारी निवेश कर रही हैं, जो बड़ी जनसंख्या को लाभ पहुंचा सके।
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#1. Garmin

Garmin ने सौर-चालित स्मार्ट पहनने योग्य उपकरणों की पूरी श्रृंखला विकसित की है, जो बैटरी जीवन को अभूतपूर्व स्तर तक बढ़ाने का दावा करती है। इस श्रृंखला में तीन स्मार्टवॉच शामिल हैं: Fenix 7 PRO, Instinct 2, और Forerunner 955 Solar। इन्हें विशेष रूप से बाहरी उपयोग के लिए तैयार किया गया है।

ये स्मार्टवॉच घड़ी के चेहरा आंशिक रूप से ढका होने पर भी सौर ऊर्जा को पकड़ सकते हैं। उनकी पावर मैनेजर सुविधा उपयोगकर्ता को आवश्यकता अनुसार ऊर्जा उपयोग को अनुकूलित और कस्टमाइज़ करने की अनुमति देती है।

विशिष्ट डेटा के अनुसार, यह घड़ी अतिरिक्त पावर स्रोत की आवश्यकता के बिना दो महीने तक बाहरी अभियानों को संभाल सकती है। इसके अलावा, यह समाधान पर्यावरण के अनुकूल है क्योंकि यह अन्य घड़ियों की तुलना में 59 प्रतिशत कम कार्बन उत्सर्जन उत्पन्न करता है।

उदाहरण के लिए, Fenix 7 Pro अल्ट्रा-ट्रांसपेरेंट सौर पैनलों का उपयोग करता है। इसका स्लीक डिज़ाइन सूर्यप्रकाश के अवशोषण को अनुकूलित करता है। Instinct 2 एक सौर-चालित GPS स्मार्टवॉच है। Forerunner 955 विशेष रूप से दौड़ के लिए डिज़ाइन किया गया है।

Garmin ने अपने समाधानों के निर्माण में कई तकनीकी चमत्कार हासिल किए हैं। उदाहरण के लिए, उसका पावर ग्लास सिस्टम सौर पैनल तकनीक के उपयोग को मूल रूप से बदल देता है। इसने पारंपरिक सौर पैनलों को माइक्रोस्कोपिक सौर कंडक्टिंग सेल्स को एकीकृत करने वाले सुपर-ट्रांसपेरेंट ग्लास लेंस से बदल दिया है। ग्लास पैनल अल्ट्रा-थिन है, जो आधे मिलीमीटर से भी कम है।

तकनीकी दक्षता के प्रदर्शन में, यह पैनल न केवल फोटोइलेक्ट्रिसिटी को प्रभावी रूप से पकड़ने में सक्षम है, बल्कि मेमोरी-इन-पीस डिस्प्ले तकनीक को भी शामिल करता है जिससे स्पष्ट और पठनीय स्क्रीन बनती है। उच्च स्पष्टता और कम पावर उपयोग, यहाँ तक कि सीधे धूप में भी, इसे वर्ग में सर्वश्रेष्ठ बनाते हैं।

21 फरवरी 2024 को, Garmin® Ltd. अपने परिणामों की घोषणा की 30 दिसंबर 2023 को समाप्त चौथे तिमाही के लिए। कंपनी ने $5.23 बिलियन का समेकित राजस्व अर्जित किया, जो पिछले वर्ष की तुलना में 8% वृद्धि है।

इसने 57.5% का ग्रॉस मार्जिन दर्ज किया, जो पिछले वर्ष के 57.7% की तुलना में थोड़ा कम है, और 20.9% का ऑपरेटिंग मार्जिन, जो पिछले वर्ष के 21.1% की तुलना में है। ऑपरेटिंग आय $1.09 बिलियन थी, जो पिछले वर्ष की तुलना में 6% वृद्धि है।

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#2. Tommy Hilfiger

Tommy Hilfiger, जो एक विश्व-प्रसिद्ध फैशन और कपड़ों का ब्रांड है, के लिए सौर-चालित पहनने योग्य उपकरण नई बात नहीं हैं; उन्होंने लगभग एक दशक पहले, 2014 में, सौर-पैनल वाले फील्ड जैकेट लाइन पेश की थी। यह कार्य Pvillion, एक सौर निर्माता की मदद से किया गया था। जैकेट में जलरोधक सौर पैनल थे जो बैक-कोट लाइनिंग के रूप में कार्य करते थे। इन पैनलों को निर्मित केबल और USB पोर्ट के माध्यम से उपकरणों को चार्ज करने के लिए डिजाइन किया गया था।

लॉन्च के समय, जैकेट की कीमत US$600 थी। Tommy Hilfiger द्वारा ‘Pvillion’ के सहयोग से डिजाइन किया गया यह जैकेट प्रेरणा का स्रोत बना। लॉन्च के सात साल बाद, 2021 में, फ़िनलैंड के Aalto विश्वविद्यालय के डिजाइन और भौतिकी शोधकर्ताओं ने एक ऐसा कपड़ा ब्रांड विकसित किया जिसमें छिपे हुए सौर पैनल थे।

Sun-Powered Textiles के नाम से जाने जाने वाले इस प्रोजेक्ट ने एक ऊर्जा-स्वतंत्र उत्पाद के विकास की ओर अग्रसर किया, जो पहनने योग्य उपकरणों – जैसे नमी या तापमान मापने वाले सेंसर – को बिना कपड़े की रूप-रंग या स्पर्श को बाधित किए चार्ज कर सकता है।

उनकी नवाचार की विशिष्टता को विस्तार से बताते हुए, Aalto University की डिजाइन शोधकर्ता एलीना इलेन ने कहा:

“हमने एक डेमो केस, एक जैकेट, बनाया, जहाँ प्रकाश ऊर्जा का उपयोग एकीकृत नमी और तापमान सेंसर को शक्ति देने के लिए किया जाता है, यह सोचकर कि कार्य पोशाक उपयोगकर्ता, जो रोज़ाना अंदर-बाहर जाता है और शारीरिक कार्य करता है।”

Tommy Hilfiger और Aalto University दोनों द्वारा किए गए ये नवाचार इस बात के उदाहरण हैं कि हमारे कपड़े कैसे छिपे और उपयोग में आसान तरीके से सौर पैनल रख सकते हैं।

PVH Corp. (PVH ), जो Tommy Hilfiger ब्रांड का मालिक है, ने 1 अप्रैल 2024 को अपने 2023 के चौथे तिमाही और पूरे वर्ष की आय की रिपोर्ट की। पूरे वर्ष की आय पिछले वर्ष की तुलना में 2% बढ़कर $9.218 बिलियन हुई, जबकि 2023 की चौथी तिमाही की आय $2.490 बिलियन थी, जो पिछले वर्ष की तुलना में स्थिर रही।

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#3. Skagen (Fossils Group द्वारा स्वामित्व)

अगस्त 2022 में, प्रसिद्ध घड़ी और आभूषण ब्रांड Skagen ने अपनी सतत संग्रह, Grenen Solar, लॉन्च किया। इसके डिज़ाइन में सटीक समय के लिए 3-हैंड जापानी सौर-चालित मूवमेंट शामिल था। यह छह महीने की पावर रिज़र्व की भी गारंटी देता था। सौर-चालित मूवमेंट के कारण, इसे पहनने वाला व्यक्ति किसी भी प्रकाश, प्राकृतिक या कृत्रिम, में घड़ी को चार्ज कर सकता है।

Grenen Solar की विशेषताओं में से एक इसकी स्थिरता को केंद्र में रखने की प्रतिबद्धता थी। और स्थिरता केवल सौर ऊर्जा के उपयोग तक सीमित नहीं थी। इस उत्पाद की रिलीज़ वास्तव में कंपनी की इस दृष्टि और प्रतिबद्धता के अनुरूप थी कि उनके घड़ियों को निकट भविष्य में 100% सतत बनाया जाए। इस लक्ष्य के लिए, घड़ी में उपयोग किए गए स्टील का 50% पुनर्नवीनीकरण स्टेनलेस स्टील था। इसके अतिरिक्त, पूरी संग्रह में 37 मिमी केस आकार के पाँच स्टाइल थे, जिसकी खुदरा कीमत US$195 थी।

जनवरी 2012 में, Skagen को US$237 मिलियन के लेनदेन में Fossil Group को बेच दिया गया। 13 मार्च 2024 को, Fossil Group ने वित्तीय वर्ष 2023 की वार्षिक रिपोर्ट प्रकाशित की। 2023 में, कंपनी ने US$1.4 बिलियन से अधिक की शुद्ध बिक्री दर्ज की, जो 2022 में US$1.68 बिलियन की शुद्ध बिक्री की तुलना में गिरावट थी।

समग्र रूप से, उपरोक्त उत्पाद और समाधान स्पष्ट रूप से दर्शाते हैं कि सौर-चालित पहनने योग्य उपकरण नई बात नहीं हैं। हालांकि, जैसा कि हमने शुरुआत में दिखाया था, इसके आसपास का नवाचार लगातार जारी है। यह नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की जीवंतता और मूल्य को दर्शाता है और उनकी स्थिरता क्षमता को उजागर करता है। कई अन्य रोचक नवाचार चल रहे हैं, और हम उनमें से कुछ को देखेंगे ताकि भविष्य की तस्वीर मिल सके।

सौर-चालित पहनने योग्य उपकरण: भविष्य क्या रखता है

2017 में, शोधकर्ताओं ने एक पहनने योग्य स्मार्ट ब्रेसलेट का डिज़ाइन प्रस्तुत किया, जो पतली फिल्म, छोटे आकार के लचीले फोटोवोल्टाइक पैनलों को ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करता था, जिससे सौर ऊर्जा संग्रह उपप्रणालियों में एक महत्वपूर्ण प्रगति हुई। इसका लक्ष्य ऊर्जा रूपांतरण दक्षता को अधिकतम करना और एक स्व-स्थायी वायरलेस पहनने योग्य प्रणाली हासिल करना था।

पॉलीऐमाइड फिल्म का उपयोग करके पूर्ण प्रणाली एकीकरण के लिए, यह तकनीक स्वास्थ्य देखभाल अनुप्रयोगों में रोगियों या वृद्ध लोगों की दीर्घकालिक निगरानी में लाभकारी साबित हुई। परिणाम आशाजनक थे, क्योंकि एकल लचीला सौर पैनल बाहरी रूप से 16 मेगावॉट और अंदरूनी रूप से 0.21 मेगावॉट तक की शक्ति एकत्र कर सकता है। प्रभावशाली रूप से, डिवाइस द्वारा एकत्रित डेटा ब्लूटूथ के माध्यम से स्थानांतरित किया जा सकता था।

स्वास्थ्य देखभाल में निरंतर शोध ने एक बैटरी-रहित, सौर-चालित पहनने योग्य बायोसेंसर के विकास को जन्म दिया, जो पसीने के बायोमारकों की कम उपयोगी क्षमता को उपयोग में ला सकता है। इस शोध का परिणाम LumiStat था, एक सौर-चालित, बहु-कार्यात्मक पहनने योग्य जो स्वायत्त पसीना उत्पन्न करने, गतिशील माइक्रोफ्लुइडिक पसीना सैंपलिंग, पसीने के बायोमारकों की मल्टीप्लेक्स मॉनिटरिंग, और वायरलेस डेटा ट्रांसमिशन को सक्षम करता है, जो गैर-आक्रामक स्वास्थ्य निगरानी तकनीक में एक बड़ी प्रगति है।

सौर-चालित होने के कारण यह उल्लेखनीय प्रदर्शन सक्षम करता है, जिससे विभिन्न प्रकाश स्थितियों में 12 घंटे से अधिक निरंतर संचालन संभव हो जाता है। शोधकर्ताओं ने LumiStat को कठोर परीक्षणों से गुजारा, जिसमें एक दिन तक, विभिन्न गतिविधियों में पसीने के बायोमारकों की बहु-मोडल निगरानी शामिल थी। समाधान विभिन्न प्रकाश वातावरण और शारीरिक गतिविधियों में लगातार कार्य कर सकता था, जहाँ पावर खपत उपलब्ध प्रकाश के अनुसार बुद्धिमानी से अनुकूलित होती थी, जिससे निरंतर सेंसर माप सुनिश्चित होते थे।

नॉटिंघम ट्रेंट विश्वविद्यालय द्वारा प्रकाशित एक शोध रिपोर्ट ने 1,200 से अधिक छोटे सौर पैनलों के साथ एम्बेडेड टेक्सटाइल्स के विकास पर चर्चा की। ये सौर पैनल स्मार्टवॉच और मोबाइल फ़ोन को चार्ज करने में सक्षम थे। मिलकर, वे सूर्य से 400 मिलीवॉट (वॉट) की विद्युत ऊर्जा प्राप्त कर सकते थे।

यह टेक्सटाइल दैनिक कपड़ों के लिए उपयुक्त थी और अन्य कपड़ों के साथ 40°C पर मशीन में धोई जा सकती थी। पाँच मिलीमीटर लंबाई और 1.5 मिलीमीटर चौड़ाई में मापी गई, सौर पैनलों को जलरोधक पॉलिमर रेजिन में एम्बेड किया गया था। यहाँ तक कि बुनकर भी उन्हें महसूस नहीं कर सकता था।

डॉ. ह्यूजेस-राइली, विश्वविद्यालय के एडवांस्ड टेक्सटाइल्स रिसर्च ग्रुप (ATRG) के अनुसार:

“यह प्रोटोटाइप ई-टेक्सटाइल्स की भविष्य की संभावनाओं की एक रोमांचक झलक देता है। अब तक, बहुत कम लोगों ने सोचा था कि उनके कपड़े या टेक्सटाइल उत्पादों को बिजली उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। हमने जो सामग्री विकसित की है, वह किसी सामान्य टेक्सटाइल जैसी दिखती और व्यवहार करती है, क्योंकि इसे मोड़ा जा सकता है और मशीन में धोया जा सकता है।”

यह सामग्री, जो 51 सेमी बाय 27 सेमी माप की थी, दोनों ही सांस लेने योग्य और रासायनिक रूप से स्थिर थी। इसमें सिलिकॉन सौर पैनल शामिल थे। इस विन्यास ने सामग्री को 0.86 सूर्यप्रकाश में 335.3 वाट की शक्ति उत्पन्न करने में सक्षम बनाया, और जब सूर्यप्रकाश की तीव्रता 1.0 तक पहुंची तो 394 वाट तक उत्पन्न करने की क्षमता थी।

स्पष्ट रूप से, हर गुजरते दिन के साथ, अधिक शोध सार्वजनिक रूप से उपलब्ध हो रहा है जो सौर-चालित पहनने योग्य तकनीक की संभावनाओं को दर्शाता है। यह कम से कम कहें तो खेल बदलने वाला और परिप्रेक्ष्य बदलने वाला है। चूँकि ये समाधान हमेशा हमारे शरीर से जुड़े रहने के लिए बनाए गए हैं, यह हमारी तकनीक के साथ बातचीत करने के तरीके को बदलता है। वे चार्ज पॉइंट जैसे पावर मध्यस्थों की आवश्यकता को समाप्त कर देते हैं। वे हमारी गतिशीलता और अधिक खोज करने की क्षमता को बढ़ाते हैं, जबकि हमारे सिस्टम को चलाने की चिंता कम होती है।