ليلاً ونهاراً.. ابتكار تقنية جديدة تجعل ألواح الطاقة الشمسية تولد الكهرباء 24 ساعة متواصلة
حقق المخترعون تقدمًا كبيرًا عندما نجحوا في ابتكار خلايا كهروضوئية تحول ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية. ورغم التقدم النسبي في استخدام طاقة الشمس، لم يتمكن العلماء من تجاوز التحديات المتعلقة بتجميع كميات كبيرة من الطاقة الشمسية واستخدامها بشكل فعال، نظرًا للقيود الزمنية المرتبطة بفترة ظهور الشمس خلال النهار.
قال العالم توماس إديسون في السابق: “ما دامت الشمس تشرق، فلن تنضب مصادر الطاقة التي يمكن للإنسان الاستفادة منها”. كان هذا الحلم مشتركًا بين العديد من المخترعين على مر العصور.
واستمر أستاذ في جامعة هيوستن في البحث عن تقنية جديدة لطاقة شمسية، وأعلن حديثًا عن اختراع نظام طاقة شمسية يتفوق على الأنظمة السابقة، حيث يمكن لهذا النظام استخدام طاقة الشمس بشكل متواصل دون انقطاع.
وقال الأستاذ بو جاو كاليسي والطالبة في الدكتوراه سينا جعفري غاليكهونه: “مع التصميم الجديد لنظام الطاقة الشمسية، تم تحسين فعالية جمع الطاقة الشمسية إلى أقصى حد مسموح به من قوانين الديناميكا الحرارية”. ويشير هذا إلى القدرة النظرية على تحويل أكبر كمية من طاقة الشمس إلى كهرباء.
هذا التقدم في مجال استخدام طاقة الشمس يعتبر أمرًا حيويًا للتحول نحو بناء شبكات كهربائية نظيفة. وفقًا لدراسة حديثة من إدارة تقنيات الطاقة الشمسية والمختبر الوطني للطاقة المتجددة، قد يصل اعتماد الولايات المتحدة على الطاقة الشمسية إلى 40% بحلول عام 2035 و45% بحلول عام 2050. ومع ذلك، يعتمد ذلك على خفض تكاليف البنية التحتية وتبني سياسات داعمة لتوسيع نطاق شبكات الكهرباء.
ما مبدأ عمل نظام الطاقة الشمسية الجديد؟
تعتمد خلايا الطاقة الشمسية التقليدية على طبقة وسيطة تعالج ضوء الشمس، من أجل تحويله إلى طاقة كهربية بكفاءة. السطح الأمامي للطبقة الوسيطة – المقابل للشمس– مصمم لامتصاص الفوتونات القادمة من الشمس. من ثم تُحول الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية ترفع درجة حرارة الطبقة الوسيطة.
حدد العلماء الحد الأقصى لخلايا الطاقة الشمسية التقليدية بـ 85.4%، وهي ما يُمكن إنتاجه من طاقة بالاستفادة من الطاقة الحرارية لضوء الشمس. هذه النسبة أقل بكثير من الحد الأقصى المُفترض وهو 93.3%، ما يُعرف بحد لاندسبرغ.
يقول جاو: «يُظهر اكتشافنا سبب عدم القدرة على بلوغ حد لاندسبرغ. السبب هو الانبعاثات من الطرف الخلفي للطبقة الوسيطة باتجاه الشمس، تلك الانبعاثات ناتجة عن عملية التبادل الحاصل في نظام الطاقة الشمسية. اقترحنا صنع أنظمة طاقة شمسية تستخدم الخلايا التقليدية، مع إضافة طبقة وسيطة لا يحدث فيها أي عملية تبادل بعد امتصاصها أشعة الشمس. ما سيمنع الانبعاثات في الاتجاه المعاكس لضوء الشمس، ما يعني تدفقًا أكبر للفوتونات باتجاه الخلية».
بذلك تستطيع النظم الشمسية الجديدة بلوغ حد لاندسبرغ، وستزيد فعالية أنظمة الخلايا الشمسية أحادية الوصلة زيادة ملحوظة.
تتميز الأنظمة الشمسية الجديدة ليس فقط بأدائها العالي، بل أيضًا بحجمها الصغير وسهولة تشغليها، وإمكانية برمجة النظام لتوليد الطاقة الكهربائية حسب الطلب.
من التطبيقات المهمة أيضًا، إمكانية وضع هذه الأنظمة الشمسية مع وحدة تخزين طاقة حرارية رخيصة لتوليد الكهرباء باستمرار طوال الوقت.
يختتم جاو: «يُبين اكتشافنا الجديد ما يُمكن للمكونات الحرارية الضوئية عديمة التبادل أن تُحققه في مجال توليد الطاقة. يفتح النظام الشمسي الجديد المجال لإجراء المزيد من التحسينات الكبيرة، قد تُتيح المجال أيضًا لتركيب مثل هذه الأنظمة في محطات توليد الطاقة».
تركيا بالعربي – متابعات
