الرئيسية - المساحة الإخبارية - أكثر كفاءة وأكثر تحملاً: تطور الخلايا الشمسية

أكثر كفاءة وأكثر تحملاً: تطور الخلايا الشمسية

تم نشر ورقة بحثية في مجلة optica تُشير إلى حلولٍ ممكنة لأجل تحقيق استفادة أعلى من الطاقة الشمسية.تعمل الخلايا الشمسية على تحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقةٍ كهربائية، مع الأسف، وعلى الرغم من الفائدة الكبيرة، فخلال هذه العملية تضيع كمية من الطاقة، وكمية الطاقة الضائعة بسبب ارتفاع درجة حرارة الخلايا الشمسية كبيرٌ لحدٍ مُذهل. هذا الأمر يحد من قدرة الخلية على تحويل الطاقة بشكلٍ فعال، وكذلك يُقلل من عمرها.

التغلب على الحرارة
لقد لاحظ فريق من الباحثين في جامعة ستانفورد أنه عند وضع طبقة رقيقة من زُجاج السيليكون ذات سطح يحوي مخاريط أو أهرامات فوق الخلية الشمسية، فإن درجة حرارة الخلية تهبط بشكل كبير.

بقيادة بروفيسور الهندسة الكهربائية Shanhui Fan اكتشف فريق الباحثين أن طبقة الزجاج هذه تعيد توجيه الحرارة الفائضة إلى الوسط المُحيط أوالغلاف الجوي.

بالتخلص من الأشعة تحت الحمراء الفائضة، تبقى الخلايا الشمسية باردة، وتحافظ على كفاءةٍ عالية في تحويل الطاقة، وقد قال الباحث المُشرف في الورقة البحثية Linxiao Zhu ويحمل شهادة الدكتوراة في فيزياء الاحتمالات، إن هذا الاكتشاف من الممكن أن يوصلنا إلى خلايا شمسية اقتصادية أكثر، ما يجعلها الحل الأمثل للطاقة المُتجددة البديلة.

يقول Zhu:”إن خفض درجة حرارة الخلية الشمسية يرفع من كفائتها، ويزيد من عمرها، مما يقلل ثمن الطاقة المنتجة من النظام”.

خفض مقدار الطاقة المهدورة
وفقاً لما قد ورد في الورقة البحثية، فإن أعلى كفاءة لتحويل الطاقة للخلايا الشمسية هي 33.7%. وكلما ارتفعت درجة الحرارة انخفضت الفاعلية، حيث تنخفض الفاعلية بمعدل 0.5% لكل درجة حرارة مئوية.

إن ثمن أنطمة التبريد المُستخدمة حالياً في تبريد الخلايا الشمسية – أنظمة التهوية أو التبريد بالسوائل – يفوق فائدتها، لذلك يمكننا القول إن تراجع الكفاءة بسبب ارتفاع درجة الحرارة لم يُحل بواسطة تلك الطرق.

هذه الطريقة تستفيد من اختلاف أطوال الأمواج في الإشعاع الشمسي، إذ أن الضوء المرئي هو الأفضل في نقل الطاقة، أما الأشعة تحت الحمراء فتحمل حرارة بشكل أكبر.

وقد اكتشف الباحثون أنهم عندما تخلصوا من الأشعة تحت الحمراء عن طريق زجاج السيليكون، انخفضت درجة الحرارة دون أن تنخفض كمية الضوء المرئي المُمتصة من قبل الخلية.

يقول البروفيسور Fan :”لقد توصلنا إلى تصميمٍ مثالي يحتوي على أهرامات ميكروية من السيليكون، هذا سيزيد من كفاءة التبريد، وفي نفس الوقت سيبقى شفافاً بالنسبة للضوء المرئي”.

يقول Andrew Blakers من جامعة أستراليا الوطنية أن القائمين على هذا البحث يعتمدون على أدلةٍ نظرية فقط، لكن هذا التصميم غير مُمكن على أرض الواقع، ويتابع Blakers مدير مركز نظم الطاقة المستدامة في الجامعة توضيحه :”من المؤسف أن المُقارنة التي أجريت تمت بين البنية الخاصة والخلايا الشمسية دون تلك البنية، لكن لم تتم المقارنة العملية بين الخلايا الشمسية المُدّعمة بهذه البنية والخلايا غير المدعمة”.

“هناك عدة فوائد للزجاج تتضمن المتانة، مقاومة الخدش، تماسك البنية ومقاومة تسرب الرطوبة. كما أنه يجب التخلي عن فكرة الطبقة الزجاجية، لأنها ستؤدي إلى امتصاص اشعاعات حرارية طفيلية، لذلك يجب استبدال الزجاج بمادةٍ أخرى تجعل من الممكن للخلية أن تعتمد على نفسها”.

يقول البروفيسور المُشارك في البحث Ben Powell من جامعة Queensland أنه على الرّغم من أن احتمال نجاح الفكرة موجود، إلا أنه من الوارد أن تفوق التكلفة الفوائد المرجوة من المشروع.

يقول الفيزيائي :”إذا لم يكن بالإمكان صنع هذا الزجاج بسعرٍ زهيد، عندها لن تتمكن الكهرباء الفائضة التي يتم توليدها بفضل رفع كفاءة الخلية من تغطية تكاليف هذا الغلاف، وفي هذه الحالة لن يكون هناك أحد مُهتمٌ باستخدامها. لا شك أنها فكرة واعدة ورائعة، لكن سيمضي فترة طويلة قبل أت تراها على سطح منزلك”.

على الرغم من ذلك، المُشرفون على الورقة البحثية مقتعون بأنه من الممكن تطوير هذه الفكرة. وفقاً لما قاله Linxiao Zhu فإن الخطوة القادمة هي استخدام البحث في تطبيقاتٍ عملية.

يقول Zhu :” لقد تحققنا من إمكانية التصميم من خلال طُرقٍ رقمية دقيقة، ونحن نعمل الآن على بناء أول تصميم على أرض الواقع”.

المصدر: موقع livescience.com

عن Ahmad

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

x

‎قد يُعجبك أيضاً

الحاسوب الصيني “Tianhe-2” لا يزال أقوى حاسوب في العالم

صدر في شهر تشرين الثاني/نوفمبر من العام الحالي التقرير نصف السنوي، والشهير بتصنيف “Top500” والمختص ...