ألواح أخف وأكفأ.. تكنولوجيا ألمانية قد تحدث ثورة في مجال الطاقة الشمسية

سولارابيك – برلين، ألمانيا- 4 يوليو 2024: نجح باحثون في ألمانيا في تطوير تصميم جديد لخلية شمسية تستخدم الصبغات العضوية لالتقاط نطاق أوسع من ضوء الشمس، بحسب تقرير نشره موقع “أويل برايس“.

• حقق نظام URPB كفاءة تحويل طاقة بنسبة 38% في الاختبارات المعملية، مقارنة بـ 1% للأصباغ العضوية التقليدية.
• تتمتع هذه التكنولوجيا بالقدرة على إحداث ثورة في إنتاج الطاقة الشمسية من خلال إنشاء ألواح شمسية أرق وأخف وزناً وأكثر كفاءة.

مع سعي الحكومات في مختلف أنحاء العالم إلى التحول إلى الطاقة الخضراء، تستثمر الشركات في مختلف أنحاء العالم بكثافة في البحث والتطوير في طرق مبتكرة لتحسين إنتاج الطاقة المتجددة. وتجعل التقنيات الجديدة مشاريع الطاقة المتجددة التقليدية، مثل مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، أكثر كفاءة بكثير، حيث تبني الشركات ألواحا أقوى وتوربينات أكبر. والآن، يعتقد فريق ألماني أنه وجد نظاما جديدا لحصاد الضوء من شأنه أن يزيد بشكل كبير من إنتاج الطاقة الشمسية. 

تعتمد الألواح الشمسية التقليدية على خلايا شمسية تعتمد على السيليكون تمتص الضوء عبر الطيف المرئي بالكامل، ولكن بشكل ضعيف فقط. يجب أن تكون هذه الخلايا الشمسية بسمك عدة ميكرومترات لتمكينها من امتصاص البروتونات الكافية لتوليد الكهرباء. وهذا يجعلها ثقيلة ومكلفة ويصعب وضعها في مساحات صغيرة. على النقيض من ذلك، فإن الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، والتي تتكون من صبغات عضوية، أرخص وأخف وزناً، بسمك 100 نانومتر فقط. ومع ذلك، فهي قادرة فقط على امتصاص جزء صغير من الطيف الشمسي. كان العلماء يبحثون لسنوات عن حل، بهدف جعل الألواح الشمسية أكثر كفاءة مع الحفاظ على الوزن والتكلفة منخفضين. 

الآن، يعتقد العلماء في جامعة فورتسبورغ في بافاريا بألمانيا أنهم ربما اكتشفوا البنية اللازمة لتعزيز  إنتاج الطاقة الشمسية بشكل كبير . نشر الباحثون مؤخرًا  دراسة في مجلة Chem توضح استخدام نظام URPB – الذي يرمز إلى الأشعة فوق البنفسجية والأحمر والأرجواني والأزرق، والذي يعتمد على الهوائيات الضوئية في النباتات والبكتيريا القادرة على التقاط ضوء الشمس بكفاءة. يستخدم نموذج URPB أربع صبغات مختلفة مكدسة في تكوين دقيق يسمح لها بالتقاط الضوء بكفاءة عبر أطوال موجية فوق بنفسجية ومرئية وأشعة تحت الحمراء القريبة.

خلال مرحلة الاختبار، تمكن فريق الباحثين من تحويل 38 في المائة من الضوء الوارد إلى طاقة مفيدة. في حين أن الأصباغ الأربعة بمفردها تدير أقل من واحد في المائة إلى حد أقصى ثلاثة في المائة.  وأوضح أستاذ الكيمياء في جامعة جيمس ماديسون فرانك وورثنر ، “يحتوي نظامنا على بنية نطاقية مماثلة لتلك الموجودة في أشباه الموصلات غير العضوية. وهذا يعني أنه يمتص الضوء بانكروماتيًا عبر النطاق المرئي بالكامل. ويستخدم معاملات الامتصاص العالية للأصباغ العضوية. ونتيجة لذلك، يمكنه امتصاص قدر كبير من طاقة الضوء في طبقة رقيقة نسبيًا، على غرار أنظمة حصاد الضوء الطبيعية”. 

إن التحدي القادم سيكون توسيع نطاق هذه العملية للاستخدام التجاري. ورغم النجاح الذي تحقق في استخدام هذه التكنولوجيا لإنتاج الطاقة في بيئة معملية، فإن التحديات التي تواجهنا دائماً أعظم عندما يتعلق الأمر بوضع التكنولوجيا الجديدة موضع الاستخدام في بيئة العالم الحقيقي. 

الطاقة الشمسية

إن هذه ليست سوى أحدث التقنيات التي يتم اختبارها في مختلف أنحاء العالم بهدف تعزيز إنتاج الطاقة الشمسية. وبفضل المستويات الأعلى من التمويل العام والحوافز المالية، مثل الإعفاءات الضريبية، وبدافع الحاجة إلى تعزيز قدرة العالم على إنتاج الطاقة المتجددة للحد من استهلاك الوقود الأحفوري، تستثمر الشركات في مختلف أنحاء العالم بكثافة في البحث والتطوير في قطاع الطاقة الشمسية. وقد حقق إنتاج الطاقة الشمسية قفزات هائلة في العقد الماضي. فقد ارتفعت كفاءة الألواح الشمسية من حوالي 17% في عام 2012 إلى ما بين 22% و29% اليوم، في حين انخفضت تكاليف الإنتاج وانخفض سعر الواط الواحد من الألواح الشمسية من حوالي 5 دولارات في عام 2000 إلى أقل من 50 سنتا اليوم. 

وفقًا للوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA)، فإن الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي أسرع مصدر للطاقة نموًا على مستوى العالم، حيث نمت بنحو 26 ضعفًا منذ عام 2010. وبحلول نهاية عام 2022، كانت هناك قدرة  عالمية مثبتة للطاقة الشمسية الكهروضوئية تبلغ 1047 جيجاواط، مع إضافة 191 جيجاوات في عام 2022 وحده. 

وفي وقت سابق من هذا العام،  نشر باحثون أتراك  دراسة تظهر إمكانات بناء خلية شمسية كهروضوئية شبه كروية يعتقدون أنها قادرة على امتصاص ما يصل إلى 66% من الضوء أكثر من الألواح المسطحة التقليدية. ويسعى الفريق الآن إلى إنتاج نموذج أولي لاختبار هذه التكنولوجيا، التي بدت واعدة في المحاكاة الحاسوبية. 

وهناك أيضاً تفاؤل بشأن استخدام الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت (PSCs) بفضل أدائها العالي وتكاليف إنتاجها المنخفضة. وقد أظهرت هذه الخلايا تقدماً كبيراً في السنوات الأخيرة، مع تحسن كبير في كفاءتها، من نحو 3% في عام 2009 إلى  أكثر من 25%  اليوم. وقد شجع هذا وزارة الطاقة الأميركية، وغيرها من المؤسسات العامة والخاصة في مختلف أنحاء العالم، على الاستثمار بكثافة في تحسين تكنولوجيا هذه الخلايا. 

حتى الآن، تم إجراء معظم اختبارات PSC في بيئة معملية. ومع ذلك، يقوم فريق من الباحثين في جميع أنحاء البلاد في الولايات المتحدة، بقيادة جامعة نورث كارولينا، بنقل الاختبارات إلى الخارج. نجح مركز Perovskite PV Accelerator for Commercialising Technologies (PACT) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية في استخدام التكنولوجيا في الخارج لمدة 29 أسبوعًا وتحقيق كفاءة تشغيلية تزيد عن 16 بالمائة.  أوضحت لورا شيلهاس، باحثة الكيمياء في NREL ، “إن العرض التوضيحي في العالم الحقيقي هو خطوة حاسمة نحو التسويق، ونأمل من خلال تقديم PACT لهذه القدرات أن يتمكن الباحثون والشركات من الاستفادة من هذه البيانات لتحسين الموثوقية”.

تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية..

نتمنى لكم يوماً مشمساً..

المصدر: Oil Price