تحسين كفاءة الخلايا الشمسية باستخدام دلو من الماء

عندما تنظر إلى هاتفك الخلوي وتدرك أن البطارية منخفضة مما يعني أنه يجب عليك المشي مسافة طويلة إلى البلدة لدفع الأموال من أجل شحن الجهاز، وفي الوقت الذي تصل فيه إلى المنزل يحل الظلام. تُضيء مصباح الكيروسين الذي يلقي وهجًا خافتًا عبر الغرفة، ويحرق كمية كبيرة من دخلك بواسطة المصباح، وتنبعث منه غازات ضارة، ويمكن أن يكون استنشاق الهواء المليء بغازات مصباح الاحتراق مساويًا لتدخين عدة علب من السجائر يوميًّا.

يبدو هذا السيناريو غريبًا لمعظم الأشخاص الذين يعيشون في الولايات المتحدة؛ لكنه واقع مشترك للعديد من الأشخاص الذين يعيشون في العالم النامي، ويتمثل أحد الحلول الممكنة في استخدام مصادر الطاقة المتجددة خارج الشبكة مثل الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء للإضاءة والشحن في الموقع.

خلال اجتماع آذار (مارس) 2019 للجمعية الفيزيائية الأمريكية في بوسطن، وستقدم "Beth Parks" تصميمًا أنشأه فريقها يزيد من كمية أشعة الشمس التي تلتقطها خلية شمسية؛ مما يعزز إنتاجها من الطاقة بنسبة الثلث تقريبًا.

وقالت باركس أستاذ مشارك في جامعة كولجيت: "في أوغندا ما بين 20 إلى 25 في المئة من الناس لا يحصلون على الكهرباء"، "توفر واحدة من الخلايا الشمسية طاقة كافية لتشغيل الأضواء وشحن الهواتف المحمولة وأجهزة الراديو وهذا تحسن كبير في جودة الحياة".

في حين أن الألواح الشمسية توفر مصدرًا نظيفًا للطاقة المتجددة؛ لكنها عادةً ما تكون مثبتة على إطار ثابت وتوجه بالشكل الأمثل خلال ساعات محددة من اليوم فقط.

نظرت "Parks" سابقًا إلى تصميم إطار من شأنه أن يسمح للوحة الشمسية بتتبع أشعة الشمس باستخدام الأوزان المعلقة؛ لكن التصميم لم يختبر لمعرفة مدى أدائه الفعلي، ولم يتحسن من ناحية الكلفة لضمان الاستمرارية التجارية والتبني.

خلال عامها في زمالة مع "Fulbright" في أوغندا؛ عملت مع طلاب في جامعة مبارارا(Mbarara) للعلوم والتكنولوجيا لتصميم إطار باستخدام أنابيب معدنية يمكن للحام المحلي الحصول عليها بسهولة وتجميعها.

وقالت باركس: "لقد صنعنا إطارًا باستخدام مواد غير مكلفة تتيح للألواح الشمسية تتبع قوس الشمس طوال اليوم"، "هذا النهج يمكن أن يجعل الطاقة الشمسية بأسعار معقولة للأسر والشركات الصغيرة في العالم النامي."

في تصميمها؛ يوجد دلو من الصخور على الجانب الغربي من الإطار ويوضع دلو من الماء على الجانب الشرقي وباستخدام تسرب متحكم به من دلو الماء؛ ينتقل الوزن وتدور اللوحة ببطء من الشرق إلى الغرب طوال اليوم.

Lawrence Muzoora طالب ماجستير عمل مع باركس

اختبرت باركس وفريقها التصميم في 20 يومًا عشوائيًّا في أوغندا. التقطت الخلية الشمسية الموجودة على الإطار المتحرك أشعة الشمس بنسبة 30 بالمئة أكثر من الخلايا الشمسية الثابتة في الموقع نفسه.

وفقًا لـباركس؛ فإن تكلفة النظام (الخلية الشمسية والبطارية والشاحن والإطار) تقل بنحو 10 في المئة عن نظام الخلايا الشمسية التي تركب على السطح، وهذه الطريقة البسيطة المدهشة المبدعة يمكن أن تزيد من الطاقة الشمسية التي تُلتقَط لتوليد الطاقة للناس في البلدان النامية، وكذلك المناطق النائية التي هي خارج الشبكة.

المصادر:

1- هنا

الدراسات المرجعية:

1- هنا

2- هنا