الهندسة والآليات > التكنولوجيا
تسجيلُ رقمٍ قياسيّ جديدٍ في كفاءةِ خلايا الطاقةِ الشمسيةِ
قامَ مهندسون أستراليون بإصالنا إلى أقربِ نقطةٍ من تحويلِ الطاقةِ الشمسيةِ إلى كهرباءٍ بشكلٍ كاملٍ، عبرَ بناءِ خلايا ضوئية يُمكنُها أن تحصدَ 34.5% من الطاقةِ الشمسيةِ، بدون استخدامِ المركزات للضوء، ومحطمينَ بذلك الرقمَ القياسيّ العالميّ.
الرقم القياسيّ السابق (24%) تمّ الوصولُ إليه عبرَ خليةٍ ضوئيةٍ كبيرةٍ، بمساحة 800 سم مربع أنتجتها شركةٌ أمريكيةٌ، ولكنّ هذه الخلية الجديدة ليست أكثر مردوداً فقط بل تغطي مساحة أقل أيضاً، فسوف تساعدُ على جعلِ الطاقةِ الشمسيةِ أرخص تكلفةً.
يقولُ الدكتورُ مارك كيفرز من جامعة جنوب ويلز الجديدة UNSW في استراليا، سيدني وهو أحد الباحثين في هذا الاكتشاف:" هذه النتيجةُ المشجعةُ تُظهِرُ أننا ما زلنا في بدايةِ الطريقِ للقيام بأبحاثٍ عن الخلايا الضوئية، والوصول إلى خلايا شمسية ذات مردودٍ أعلى. الحصولُ على كميةٍ أكبر من الطاقة من كلّ حزمةٍ ضوئيةٍ من ضوءِ الشمسِ، هو المسبب لتخفيض تكلفة توليد الكهرباء من الخلية الشمسية التي تحتاجُ إلى استثمار أقل، وتعود بالفوائد بسرعة أكبر".
الفريقُ الذي قامَ ببناءِ هذه الخلايا من جامعة UNSW هم أنفسُهم الذين قاموا بالوصول إلى مردودٍ يصلُ إلى 40% في عام 2014، عبرَ استخدامِ المرايا العاكسة لتركيز ضوء الشمس، ولكن هذا الرقم القياسي الجديد، يعتبرُ أكثر إثارة للإعجاب؛ لأنه لا يَحوي أيّ مركزات للضوء، لم يتخيل المهندسون أنهم سيستطيعون الوصول لمثل هذه النتائج لعقود.
يقولُ أحدُ الباحثين وهو البروفيسور مارتن غرين من جامعة UNSW:"دراسةٌ جديدةٌ قامت بها الشركة الألمانية، Agora Energiewende وضعت هدفاً صعباً وهو مردود يصلُ إلى 35% بحلول عام 2050 لخلايا شمسية لا تستخدم المركزات الضوئية كتلك التي توضع على أسطح المنازل، فكما نلاحظ فإن الأمور تتطورُ بسرعةٍ أكبر من توقعات الكثيرين"
طريقةُ عملِ الخليةِ:
مساحةُ الخليةِ الجديدةِ 28 سم مربع فقط، وتعمل عبر فصل الضوء الساقط عليها إلى أربع حزم:
حزمة الأشعة تحت الحمراء، من هذا الضوء يتمّ عكسها باتجاه خلية سيلكون ضوئية، والحزم الثلاث الباقية يتمّ توجيهها عبر ثلاث طبقات تشكّل النوع الجديد من الخلايا الشمسية، وتقسم إلى الطبقات مصنوعة مما يلي: أنديوم-غاليوم-فوسفيد، انديوم-غاليوم-أرسينيد والجرمانيوم.
ضوءُ الشمسِ يخترقُ كُلّ من الطبقات (الوصلات) الثلاث، ويتم إنتاج الطاقة من كلّ منها بواسطة طول الموجة الأكثر كفاءة، والجزء الذي لم يتم امتصاصه يَعبر إلى الطبقة التالية، وهكذا حتى يتم استخراج أكبر قدر ممكن من الطاقة من كل حزمة ضوئية مفردة.
يوضح الشكل التالي العملية التي تحدث ضمن هذا النوع الجديد من الخلايا الضوئية:
تجبُ الإشارة إلى أنّ هذه الوصلات الأربعة التي تُشَكّلُ الخلية الشمسية لن تستطيع أن تُرَكّبَها على سطحِ منزلك، أو مكتبك في أي وقت قريب، فصيانَتُها صعبةٌ، وذاتُ تكلفةٌ أكبر بكثير من الخلايا الشمسية العادية، ذات الوصلة الواحدة التي اعتدنا على رؤيتها.
لكن هذا النوع من الخلايا الضوئية يعتبرُ الخيارَ الأمثل للأبراج الشمسية، والتي تَستخدمُ المرايا لتركيز ضوءِ الشمسِ على مجموعة من الخلايا، وتحويلِ الطاقةِ الشمسيةِ إلى كهرباء بشكلٍ مباشرٍ أو إلى طاقة حرارية.
يتطلعُ الفريقُ إلى الإنجاز الذي سَيَصلونَ إليه عندما يبنون نظاماً شمسياً بمساحة 800 سم مربع كحملة الرقم القياسي السابق.
الآن فإن الحدود النظرية لمردود هذا النظام من الخلايا هو 53%، وهذا يعني أنّ الفريق ومع الخلية المخبرية الصغيرة التي تمّ صناعتها، فإنهم قدّ قطعوا ثلثي المسافة للهدف النهائي الذي وضعوه نصبَ أعينهم.
يقول كيفرز:"سيكون هنالك بعضُ الخسائرِ الهامشيةِ عندما نقوم بزيادة الحجم بسبب الترابط، ولكننا قد تجاوزنا ذلك بكثير والأمر مُجْدٍ تماماً".
الإمكانيات التي تقدمها هذه التقنية عند تطبيقها على مزارعِ طاقةٍ شمسيةٍ كبيرةٍ، ستكون هامةً جداً لخفضِ تكلفةِ الطاقةِ الكهربائيةِ من الشمسية، ومازال هنالك المزيد من الأمور التي يتطلع لها الفريق.
الرقم القياسي للمردود 34.5% تم اعتماده من قبل مختبر الولايات المتحدة الوطني للطاقات المتجددة، وفريق الباحثين بانتظار مراجعتهم الكاملة.
المصدر: