ابتكار لوحة شمسية داكنة من الخلايا الكهروضوئية
تاريخ النشر: 19th, May 2025 GMT
ابتكر فريق بحثي من جامعة ستانفورد الأميركية وحدة لإنتاج الكهرباء قادرة على العمل خارج الشبكة الكهربائية وأثناء الليل عندما تكون الألواح الشمسية التقليدية غير فعالة. وهو ما قد يشكل ثورة في مجال إنتاج الطاقة.
وتُغطي الألواح الشمسية الليلية الفجوة خلال ساعات الليل أو فترات الظل التي لا تتوفر فيها أشعة الشمس، وبذلك يُمكن استخدام الطاقة الشمسية بسهولة أكبر في المناطق النائية ذات الغطاء السحابي المتغير أو التي لا تتمتع بأشعة الشمس المباشرة طوال الوقت.
وجمع الفريق بين مولد كهربائي حراري والتبريد الإشعاعي، مما أدى إلى وحدة قادرة على إنتاج كثافة كهرباء ليلية تزيد عن واطيْن لكل متر مربع، وهو ما يفوق طاقة الرياح وطاقة الترددات الراديوية.
ولا يشغل المولد الكهربائي الحراري سوى أقل من 1% من مساحة الوحدة، مما يجعل هذه المنصة عمليا في متناول الجميع اقتصاديا.
وفي وقت لا تزال فيه لوحة الطاقة الشمسية الداكنة التي طورها الفريق في مرحلة التجربة والإثبات، يمكن أن يكون لها تطبيقات مهمة ومتعددة منها:
-إنتاج الكهرباء ليلا خارج الشبكة.
-مصدر الطاقة لأجهزة الاستشعار الزراعية والبيئية والأمنية.
-مصدر طاقة للإضاءة.
-مصدر طاقة للاتصالات الرقمية.
واعتمد العلماء على مفهوم التبريد الإشعاعي الذي يحدث بشكل طبيعي عندما تتبدد الحرارة من السطح، وخاصة في الأمسيات الصافية، بينما ترسل الأرض طاقة الأشعة تحت الحمراء نحو الفضاء. ويحدَّد الفرق في درجة الحرارة الناتج بين الأجسام والهواء المحيط بها، ويمكن استخدامه لتوليد الكهرباء.
وللتبريد الإشعاعي أيضا تطبيقات متنوعة في ضوء النهار، كما يتضح من نظام " سكاي كول سيستم" (SkyCool Systems) البديل الخالي من الطاقة لتكييف الهواء. وقد طوَّر مستخدمو المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ هذا المبدأ لاستخراج مياه الشرب في المناطق التي تعاني من الجفاف.
وأضاف باحثو ستانفورد مولدات حرارية كهربائية إلى الألواح الشمسية التجارية المعدّلة لجمع الحرارة المُتبددة لإنتاج كميات صغيرة من الكهرباء القابلة للاستخدام، ونتج عن الألواح الشمسية الداكنة المُعدّلة 50 ملي واط (جزء من الألف من الواط) لكل متر مربع ليلا.
وأشار شانهوي فان، قائد فريق البحث في جامعة ستانفورد، إلى أن إنتاج الطاقة متواضع للغاية، لكنه أكد أن وحدتهم تتمتع بإمكانيات تطوير كبيرة، ومع استمرارهم في تحسين تصميم الألواح وكفاءتها، قد يتمكنون من تلبية احتياجات الطاقة الليلية.
وعمليا، قد تكون الطاقة الناتجة أقل من 200 واط لكل متر مربع من الألواح الشمسية التقليدية، إلا أنها لا تزال كافية للأجهزة الصغيرة مثل مصابيح "ليد" (LED) وأجهزة الاستشعار البيئي.
وفي الأمسيات الصافية، يمكن للألواح الشمسية المظلمة أن تصل إلى درجات حرارة أقل بعدة درجات من الهواء المحيط، مما يُهيئ الظروف المناسبة لإنتاج الكهرباء. يستند هذا المبدأ إلى تقنيات التبريد القديمة، ويُشير إلى كيف يُمكن للفيزياء التقليدية أن تُنير حلول الطاقة الحديثة.
يتجاوز الابتكار الواعد للألواح الشمسية الداكنة مجرد توليد الكهرباء، إذ يعيش حوالي 770 مليون شخص بدون كهرباء، وستوفر هذه الألواح حلولا أساسية للإضاءة والطاقة لمن يعيشون في مناطق نائية للغاية.
إعلانكما سينخفض الاعتماد على البطاريات، التي عادة ما تكون باهظة الثمن ومُلوِثة للبيئة بسبب استخراج المعادن. كما أن القدرة على تشغيل أجهزة الاستشعار البيئي، وأجهزة إنترنت الأشياء، وغيرها من المعدات منخفضة الطاقة بدون بطاريات تقلل من إجمالي البصمة الكربونية لإنتاج البطاريات والتخلص منها.
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: حريات بيئي الألواح الشمسیة
إقرأ أيضاً:
هل أبصرنا المادة المظلمة أخيرا؟ هالة طاقة غامضة قد تحمل الإجابة
منذ أن لاحظ عالم الفلك السويسري فريتس زويكي في ثلاثينيات القرن الماضي أن عناقيد المجرّات تتماسك رغم أن كتلتها المرئية لا تكفي لتفسير سرعتها وارتباطها الثقالي، صارت "المادة المظلمة" أشبه بفرضية لا غنى عنها، مع أنها تظل عصيّة على الرصد المباشر.
نحن نراها -مجازا- في أثرها الذي يظهر في أرصاد دوران المجرّات، وعدسات الجاذبية، وبنية الكون الواسعة النطاق، حيث يبدو للعلماء أن هناك مكونا مفقودا يمثل نحو أربعة أخماس مادة الكون. لكن المشكلة أن هذا الأثر لا يخبرنا ما هي الجسيمات التي تكوّنها.
في دراسة جديدة، نشرت في دورية "جورنال أوف كوسمولوجي آند أستروبارتكل فيزكس"، تستند إلى تحليل بيانات تلسكوب فيرمي لأشعة غامّا، يطرح الفلكي تومونوري توتاني من جامعة طوكيو احتمالًا مثيرا، يتضمن وجود مكوّن إشعاعي على هيئة هالة باتجاه مركز درب التبانة، تبلغ ذروة طاقته نحو 20 غيغا إلكترون فولت.
تخيّل أن الإلكترون فولت هو "وحدة شحن صغيرة جدا" من الطاقة، ومن ثم فـ20 غيغا إلكترون فولت تعني 20 مليارا من هذه الشحنات في أشعة غاما، ولتقريب الفكرة تخيل أن فوتون الضوء المرئي "عملة معدنية"، هنا يكون فوتون أشعة غامّا بطاقة "حقيبة مليئة بأوراق نقدية" مقارنة به، لأن طاقته أعلى من طاقة فوتون الضوء المرئي بمليارات المرات.
والملاحظة التي توثقها الدراسة أن هذا الإشعاع يشبه، شكلا وطيفا، ما تتنبأ به نماذج جسيمات المادة المظلمة، فبعض المرشحين النظريين للمادة المظلمة، وعلى رأسهم ما تسمى "الجسيمات الضخمة الضعيفة التفاعل"، قد تُفني نفسها عند التصادم، مولّدة فوتونات غاما بطاقة محددة يمكن التقاطها فلكيا، وهي تتوافق مع ما رصده الفريق الياباني.
ما الذي يجعل الإشارة مغرية علميا؟ ليس مجرد وجود "الزيادة" في أشعة غاما، فالسماء غنية بمصادر عالية الطاقة، لكن بحسب الدراسة، فالمكوّن المرصود يتخذ تماثلا شبه كروي حول مركز المجرة، وأن "منحنى تغيّر الشدة مع المسافة" يمكن أن ينسجم مع هالة مادة مظلمة ملساء يعتقد العلماء أنها تحيط بالمجرات.
إعلانأما من جهة الطاقة، فتظهر الإشارة وكأنها ترتفع إلى ذروة قرب 20 غيغا إلكترون فولت، وتخفت خارج نطاقات أدنى وأعلى، في صورة قريبة مما قد تنتجه سيناريوهات انفناء الجسيمات الضخمة الضعيفة التفاعل.
حذر العلماءغير أن تاريخ "الإشارات الواعدة" في هذا المجال يعلّمنا الحذر. فجوهر المشكلة ليس في التقاط فوتونات غاما، بل في فصل الإشارة المُحتملة للمادة المظلمة عن ضجيج الخلفية الفلكية، والمتمثلة في انبعاثات الأشعة الكونية حين تصطدم بالغاز بين النجمي، والمصادر النقطية غير المحسومة (مثل نجوم نيوترونية نابضة)، وغيرها من الهياكل الكونية التي يمكن أن تصدر إشعاعا شبيها.
لذلك، فإن السؤال الأهم الآن ليس: هل اكتشفنا المادة المظلمة؟ بل ما الذي سيجعل الاحتمال يُغلَق لصالح تفسير واحد؟
سيعمل الفريق، بحسب بيان صحفي رسمي صادر من الجامعة، على البحث عن البصمة الطيفية نفسها في مواضع أخرى يفترض أنها غنية بالمادة المظلمة، مثل المجرات القزمة. إلى أن يحدث ذلك، تبقى هذه الإشارة مرشحا قويا مثيرا للاهتمام، لكنه، بوصف العلم الدقيق، لا يزال "دليلا مغرِيا" أكثر منه "رؤية نهائية" للمادة التي يحمل الكون معظم كتلته منها.
عبد الرؤوف يجتمع بلاعبي الزمالك استعدادًا لمواجهة حرس الحدود