الخلايا الشمسية تعمل بـ20% من كفاءتها.. هل يمكن تحسين أدائها؟
تاريخ النشر: 3rd, April 2024 GMT
في سياق إعادة تصور مستقبل الطاقة الشمسية، يُشير بحث جديد أجراه علماء من جامعة "كامبردج" البريطانية، إلى طرق جديدة لتوليد الطاقة الشمسية بكفاءة أفضل من الوضع الحالي.
وفي دراستهم التي نشروها في دورية "جول" المهتمة بمجالات الطاقة المستدامة، يرى علماء جامعة كامبردج أن تطوير الخلايا الشمسية لتكون فائقة الكفاءة أمر صعب للغاية، وبالتالي يجب التفكير في طرق أخرى جديدة لتوليد الطاقة الشمسية، مثل تركيز المزيد من ضوء الشمس على الخلايا الشمسية، عوضا عن مجرد محاولة جعل الخلايا الشمسية فائقة الكفاءة، هذا بالإضافة الى الاهتمام بتعديل ألواح الخلايا الشمسية وجعلها أكثر متانة ومرونة وشفافة.
من المعروف أن الخلايا الشمسية -التي تُجمع في ألواح تُعرف بالألواح الشمسية- هي الأجهزة التي تحوّل ضوء الشمس إلى كهرباء، وغالبا ما تُصنع من السيليكون، وهو عنصر شائع لكنه يعاني من عيوب في التقاط الإشعاع الشمسي وتحويله إلى كهرباء، وهي المشكلة التي تواجه إنتاج الطاقة الكهربائية بواسطة الخلايا الشمسية، والتي تعرف بمشكلة كفاءة الألواح الشمسية، إضافة إلى القيود التي تحد من استغلال الطاقة الشمسية على مدار اليوم.
وبحسب دراسة سابقة تبحث في العيب الرئيسي في كفاءة الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون، فإن غالبية الخلايا الشمسية تُحقق فقط 20% من الكفاءة لكل "كيلوواط "من ضوء الشمس المكافئ، كما أرجعت تلك الدراسة الأسباب الرئيسية في انخفاض كفاءة الطاقة الشمسية إلى العوامل الطبيعية مثل ارتفاع درجة حرارة الشمس أو الرطوبة أو تأثير الغبار.
ولتحسين كفاءة الطاقة الشمسية اتجه باحثون في علوم المواد وتكنولوجيا الطاقة الشمسية إلى معالجة مشكلة كفاءة الطاقة عن طريق تطوير تقنيات جديدة، تُسهم في الحد من القيود التي تمنع تلك الخلايا من إنتاج أعلى قدر من الطاقة.
وفقا للبيان الصحفي الصادر من جامعة "كامبردج"، فإن الدراسة الجديدة تسعى إلى اقتراح بعض الطرق التي يمكن أن تقدم أداء أفضل في أجزاء مختلفة من العالم، وبمعنى آخر تتجاوز تلك الظروف البيئية والطبيعية المختلفة التي تقلل من كفاءة الخلايا الشمسية.
يقول البيان: إن الدراسة الجديدة تقدم اقتراحات لطرق أخرى لتوليد الطاقة الشمسية عوضا عن مجرد محاولة جعل الخلايا الشمسية الفردية فائقة الكفاءة، إذ يبحث العلماء دائما عن طرق أفضل للحصول على أكبر كمية من الطاقة الكهربائية من الخلايا الشمسية.
ووجد فريق العلماء في مختبر قسم الفيزياء كلية العلوم الفيزيائية جامعة كامبردج ومعهد الأبحاث الهولندي في أمستردام، أن تحسين كفاءة الخلايا الشمسية بهذه الطريقة أصعب مما نعتقد، لكنهم اكتشفوا طرقا أخرى يمكن من خلالها تحسين الطاقة الشمسية، مثل تحسين طرق التقاط الطاقة الشمسية في أي مكان على هذا الكوكب، وذلك بتعديل ألواح الخلايا الشمسية التي تحوّل ضوء الشمس إلى كهرباء، لتقديم أداء أفضل في أجزاء مختلفة من العالم حيث يمكن أن يكون تركيز الضوء الشمسي أعلى.
واعتمد علماء جامعة كامبردج في التحقق من تصوراتهم لمستقبل الطاقة الشمسية على استخدام نماذج التعلم الآلي والشبكات العصبية في الذكاء الاصطناعي لفهم كيفية تصرف إشعاع الشمس في مناطق مختلفة على الأرض، وذلك عبر محاكاة حاسوبية لسيناريوهات مختلفة، وتمكن الباحثون من التنبؤ بكمية الطاقة التي يمكن أن تنتجها الخلايا الشمسية في مواقع مختلفة حول العالم، ودمجوا بعد ذلك هذه البيانات في نموذج إلكتروني لحساب إنتاج الخلايا الشمسية.
يقول الدكتور "تومي بايكي" الباحث الأول في الدراسة: "عوضا عن مجرد محاولة تحسين الخلايا الشمسية، توصلنا إلى طرق أخرى لالتقاط المزيد من الطاقة الشمسية، وقد يكون هذا مفيدا حقا للمجتمعات، إذ يمنحهم خيارات مختلفة للتفكير فيها بدلا من التركيز فقط على جعل الخلايا أكثر كفاءة مع الضوء".
وفي سياق تعديل الخلايا الشمسية، اقترحت الدراسة تعزيز متانة الألواح الشمسية بحيث يمكن أن تنثني وتُطوى أو تصبح شفافة جزئيا لتندمج بسلاسة مع البيئة المحيطة ويسهل تركيبها.
ومن خلال تعزيز متانة هذه اللوحات وتعدد استخداماتها، يمكن دمجها في مجموعة واسعة من الإعدادات، مما يَعِد بطول العمر والكفاءة.
يقول بايكي: "نقترح خطة مختلفة يمكن أن تجعل الألواح الشمسية تعمل بشكل جيد في العديد من الأماكن المختلفة حول العالم، إذ إن الفكرة هي جعل الألواح الشمسية مرنة وشفافة إلى حد ما وقابلة للطي، وبهذه الطريقة يمكن للألواح أن تناسب جميع أنواع الأماكن، ولهذا ندعو الباحثين إلى استخدام نمذجة أجهزة التقاط الطاقة الشمسية بهدف تحسين ترتيبها لتحقيق أقصى قدر من امتصاص ضوء الشمس".
ويضيف أن هذا النهج "ينطوي على تحسين تصميم المصفوفات الشمسية وزيادة فعاليتها في تسخير الطاقة الشمسية، وبالتالي فإن هذا الإدراك يعني أنه يمكننا الآن التركيز على أشياء مختلفة بدلا من مجرد جعل الخلايا الشمسية تعمل بشكل أفضل. وفي المستقبل سنقوم بفحص مسارات حصاد الطاقة الشمسية التي تتضمن ما يمكن أن يساعدنا في التقاط المزيد من طاقة الشمس".
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: رمضان 1445 هـ ترجمات حريات لتولید الطاقة الشمسیة الخلایا الشمسیة ت الألواح الشمسیة کفاءة الطاقة ضوء الشمس طرق أخرى یمکن أن التی ت
إقرأ أيضاً:
باهظة الثمن وشحيحة.. نُدوب الحرب تُشوّه ألواح الطاقة الشمسية بغزة
غزة – يعلم فادي العبسي جيدا أن وصل لوح الطاقة الشمسية ببطاريته الصغيرة بشكل مباشر، دون جهاز "إنفيرتر" وسيط، سيؤدي إلى تلفها السريع، لكنه لم يأبه لذلك.
وترجع الطمأنينة التي يتحلى بها العبسي رغم حاجته الماسة لبطارية باهظة الثمن، إلى رداءة لوح الطاقة وضعف قدرته الشديدة على توليد التيار الكهربائي من أشعة الشمس، بعد أن هشمته شظايا القنابل الإسرائيلية التي أُلقيت على قطاع غزة خلال الحرب.
ويعتمد الغالبية العظمى من السكان المحرومين من الكهرباء في إنارة منازلهم ليلا على هواتفهم المحمولة، أو مصابيح "ليد" الموفرة للطاقة التي تُشغل بواسطة بطاريات صغيرة، يتم شحنها في أكشاك مقابل أُجرة مالية.
ويؤدي غياب الكهرباء إلى تعطيل شبه كامل لأوجه الحياة في قطاع غزة، وزيادة معاناة السكان.
ويمتلك العبسي لوحي طاقة شمسية، يستند الأول واقفا على عامود كهرباء، فيما يتكئ الثاني الذي اخترقته شظية، وخلفت به فوهة يزيد طولها عن 30 سنتيمترا، على حامل معدني، وفي ظلّ كل منهما وصل بطارية لشحنها.
إعلانولم يستطع الشاب الغزي شراء جهاز "أنفيرتر" اللازم لشحن البطاريات بطريقة آمنة، وإعادة تحويل تيارها الثابت إلى متردد لتشغيل الأجهزة الكهربائية، لارتفاع سعره الكبير، وشحّه من الأسواق.
ودفعت الحاجة إلى الكهرباء العبسي إلى شراء اللوحين، رغم ما لحق بهما من خراب، بسعر باهظ، بعد أن حرمت إسرائيل قطاع غزة من إمدادات الطاقة بشكل كامل منذ بداية الحرب في السابع من أكتوبر/تشرين الأول 2023.
كما ألحقت إسرائيل دمارا هائلا بشبكات الكهرباء والبنى التحتية المتعلقة بها، وهو ما يجعل إصلاحها -في حال سمحت بذلك عقب انتهاء الحرب- أمرا يحتاج الكثير من الوقت والمال.
ولم تكتفِ إسرائيل بذلك، بل منعت الغزيين من تشغيل البدائل كالمولدات وأجهزة الطاقة الشمسية من خلال قطع إمدادات الوقود وحظر الاستيراد من الخارج.
واشترى العبسي اللوح الواحد بقرابة 3500 شيكل (الدولار: 3.6 شواكل) رغم رداءته الشديدة، علما أن سعر الجديد منه كان لا يتجاوز الألف شيكل قبل الحرب، حسب قوله.
وارتفعت أسعار الألواح والبطاريات وأجهزة الإنفيرتر، بشكل كبير نظرا لندرتها، وتختلف الأثمان حسب قدرتها وجودتها، لكن العثور على ألواح لم تسلم من ندوب الحرب يعد أمرا نادرا.
وبحسب العديد من المواطنين، فإن أسعار اللوح الواحد (غالبا يكون مستعملا وبه آثار القصف) يبدأ من 3 آلاف شيكل، وقد يصل إلى 10 آلاف حسب جودته وقدرته على توليد الطاقة الشمسية.
ويقول الكثير من مالكي ألواح الطاقة التي تتناثر على الأرصفة، والجدران، وأسطح المنازل، إن بعضها لا يعطي سوى 20 أو 30 بالمائة من قدرتها على توليد الكهرباء، بسبب ما تعرضت له من خراب خلال الحرب.
ويستخدم العبسي الكهرباء التي يخزنها في البطاريات لإنارة منزله بواسطة مصابيح "ليد"، دون القدرة على تشغيل أي أجهزة كهربائية أخرى.
إعلانكما أن استفادته من اللوح، خلال فصل الشتاء الحالي، متوسطة، نظرا لقلة ساعات شروق الشمس، وتوالي المنخفضات الجوية.
وتتوقف الاستفادة من ألواح الطاقة الشمسية على توفر البطاريات التي ارتفعت أسعارها ليصل في بعض الأحيان إلى أكثر من 15 ضعف ثمنها الأصلي.
استغل محمود أبو الكاس شروق الشمس بعد يوم من احتجابها خلف السحاب، لتوليد الكهرباء بواسطة لوحين يمتلكهما، فأسندهما إلى بعض الأثاث المستعمل الذي يعرضه للبيع وسط شارع عمر المختار بغزة.
ولم يسلم اللوحان أيضا من آثار القصف الإسرائيلي، حيث تهشم سطحاهما بشكل بالغ، وهو ما يقلل من قدرتهما على توليد الطاقة.
وحسب أبو الكاس، فإن سعر اللوح الواحد "الجديد" من هذا النوع كان لا يتعدى قبل الحرب 350 شيكلا، لكنه قد يصل حاليا إلى 5 آلاف شيكل رغم الخراب الذي لحق به.
ويعاني الشاب الفلسطيني كذلك من ارتفاع سعر البطاريات الكبير، وهو ما يُقلل قدرته على الاستفادة من الألواح، حيث يشير إلى أن سعر البطارية ذات سعة المائة أمبير قد يصل إلى 10 آلاف شيكل.
وتختلف أسعار البطاريات أيضا، بحسب جودتها وسعتها التخزينية من الكهرباء.
ومنذ التوصل لاتفاق وقف إطلاق النار بين إسرائيل وحركة "حماس" نهاية يناير/كانون الثاني الماضي، يأمل الغزيون أن تسمح إسرائيل بإدخال الوقود وألواح الطاقة الشمسية والبطاريات لتوفير بدائل للكهرباء المفقودة للتقليل معاناتهم الكبيرة.
أدى حرمان إسرائيل للسكان من الكهرباء وحاجتهم الماسة لها إلى نشوء ظاهرة مشاريع "نقاط الشحن"، لتمكين المواطنين من استخدام هواتفهم المحمولة وبطاريتهم، معتمدة على الطاقة الشمسية.
إعلانوتنتشر هذه المشاريع، في كافة مناطق قطاع غزة، عبر خيام أو أكشاك، أو "منازل" تعلوها لافتة "نقطة شحن"، حيث يحضر السكان هواتفهم وبطاريتهم لشحنها مقابل أجرة مالية.
وفي يومه الأول لتشغيل نقطة الشحن الخاصة به، يقول محمد زين الدين إن المشروع كلّفه نحو 6 آلاف شيكل، ذهب منهم 5 آلاف شيكل لشراء لوحي طاقة شمسية رغم رداءتها وإصابتها بخدوش وتهشم جراء القصف الإسرائيلي، وتمكّن من تدبّر باقي المتطلبات بمعاونة عائلته.
ويتقاضى زين الدين شيكلا واحدا مقابل شحن الهاتف، و3 شواكل مقابل البطارية.
ورغم المبلغ الكبير الذي اضطر لدفعه، تكلفة لمشروع بسيط، بدا الشاب الفلسطيني متحمسا، آملا أن يعود عليه ببعض المال للإنفاق على أسرته.
استمر زين الدين الذي اضطر لتأجيل افتتاح مشروعه مؤخرا، بسبب منخفضات جوية سريعة، في استقبال زبائنه بترحاب كبير، لكنّ عينيه كانتا تراقبان بقلق قرص الشمس الذي يختفي بين فينة وأخرى، خلف سُحب "آذار".
لجنة حماية المعطيات: هجومات سيبرانية تستهدف مواقع حكومية مغربية