رفع كفاءة الخلايا الشمسية باستعمال البخار من الغلاف الجوي.. دراسة مصرية
داليا الهمشري
يُعدّ رفع كفاءة الخلايا الشمسية هدفًا رئيسًا للباحثين المصريين، ولا سيما في ظل انتشار الطاقة الشمسية على الأسطح بصورة هائلة خلال الأعوام الماضية.
وفي هذا الإطار، يعمل فريق بحثي مصري من كلية الهندسة بجامعة المنصورة مع باحثين من جامعة أريزونا الأميركية على مشروع لتحسين كفاءة الخلايا الكهروضوئية عن طريق تبريد الألواح الشمسية باستعمال هيدروجيل -مادة جيلاتينية- ماص للمياه من الغلاف الجوي.
ويتكون الفريق المصري من الدكتور محمد سامح، والدكتور محمد عوض، والدكتور أحمد حامد، والدكتورة أسماء العوضي، ومن الجانب الأميركي البروفيسور بول فيسترهوف، والبروفيسورة لينور داي، والدكتور تشاو تسنغ، بالتعاون مع إحدى شركات الطاقة الشمسية المصرية بصفة شريك صناعي.
تنويع مصادر الطاقة
قال المدرس بقسم هندسة القوى الميكانيكية في كلية الهندسة بجامعة المنصورة الدكتور محمد سامح، إن استمرار النمو السكاني والتوسع الاقتصادي العالمي يفرضان الحاجة إلى زيادة موارد الطاقة بشكل كبير، ولا سيما من المصادر المتجددة.
وأضاف سامح، في تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة المتخصصة، أن الطاقة الشمسية تُعدّ الأكثر شيوعًا من بين المصادر المتجددة، بجانب كونها الأكثر عملية وسهولة في الاستعمال.
وتابع أن مصر تولي اهتمامًا كبيرًا للتوسع في مجال الطاقة المتجددة ضمن إطار خطّتها لتنويع مصادر الطاقة، مشيرًا إلى أن الدولة لديها الإمكانات التي تؤهلها لتحقيق الاستفادة القصوى من الطاقة الشمسية؛ كونها تقع جغرافيًا بين خطَّي عرض 22 و 31.5 شمالًا ، داخل الحزام الشمسي العالمي الرئيس.
يأتي ذلك بالإضافة إلى المساحات الشاسعة الفارغة التي يمكن استعمالها لبناء محطات ضخمة للطاقة الشمسية.
وسلّط سامح الضوء على أهمية مجمع بنبان بأسوان، الذي من المتوقع أن ينتج نحو 90% من الكهرباء التي يُنتجها السد العالي حاليًا.
انخفاض كفاءة التحويل
أوضح الباحث الرئيس في المشروع الدكتور محمد سامح أن انخفاض كفاءة التحويل تُعدّ إحدى المشكلات الرئيسة التي تواجه التطبيقات الكهروضوئية، لافتًا إلى أن الشعاع الشمسي الساقط يفقد أكثر من 80% من قوّته عند تحويله إلى حرارة.
ولفت إلى أن الحرارة الصادرة عن الشعاع الشمسي الساقط ترفع من درجة حرارة الخلايا الشمسية؛ ما يقلل من كفاءتها بشكل أكبر؛ لذلك لا بد من وجود نظام تبريد فاعل.
وأشار إلى أن الفريق الدولي، الذي يضم باحثين في مجالات الهندسة الميكانيكية والكيميائية والبيئية من جامعة المنصورة بمصر وجامعة أريزونا بالولايات المتحدة الأميركية، يقترح حلًا لتبريد الخلايا الشمسية باستعمال هيدروجيل لتجميع المياه من الغلاف الجوي.
وأفاد أن الهيدروجيل سيعمل بمثابة طبقة تبريد متصلة بالجزء الخلفي من اللوحة الشمسية لتبديد الحرارة الزائدة من اللوحة، ومن ثم تقليل درجة حرارتها، وتعزيز كفاءتها.
ويوضح الإنفوغرافيك التالي، من إعداد منصة الطاقة المتخصصة، آلية امتصاص بخار الماء من الغلاف الجوي وتخزينه داخل طبقة الجِل:
تبديد الحرارة الزائدة
قال سامح، في تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة، إن فكرة النظام المقترح تقوم على استعمال هيدروجيل فاعل مطور حديثًا لامتصاص بخار الماء من درجة الحرارة المحيطة خلال الليل.
ويلي ذلك استعمال الماء الممتص لتبديد الحرارة الزائدة من اللوحة الشمسية الخلفية؛ ما سيؤدي إلى تبخر المياه المخزنة خلال اليوم.
وأضاف أن الفريق البحثي يعمل على تصنيع الهيدروجيل ودراسة خواصه، ثم تطوير نموذج رقمي، والتحقق من صحته لمحاكاة العملية بأكملها.
وتابع أن النموذج سيُستعمَل بعد ذلك في دراسة بارامترية لتحديد أفضل ظروف التشغيل والتصميم للنظام، ثم يلي ذلك إنشاء منصة اختبار بمساعدة الشريك الصناعي بناءً على النتائج العددية، والتي تدمج نظام التبريد المقترح في الجزء الخلفي من الألواح الشمسية التقليدية.
وبعد ذلك، يُستعمَل جهاز الاختبار للتحقق من أداء النظام في ظل ظروف تشغيل واقعية، كما سيُجرى تحليل كامل للطاقة على النظام الجديد لمقارنة أدائه بالأنظمة التقليدية.
ويوضح الإنفوغرافيك التالي، من إعداد منصة الطاقة المتخصصة، تصميمًا لرفع كفاءة الخلية الشمسية من خلال التبريد بوساطة التبخير:
المردود الصناعي
نجح المشروع البحثي المصري من الفوز بتمويل يفوق 100 ألف دولار أميركي من خلال مركز التميز في الطاقة الذي أقيم بالتعاون بين هيئة المعونة الأمريكية ووزارة التعليم العالي والبحث العلمي.
ويضم المركز أعضاء من 3 جامعات مصرية وهي: جامعة عين شمس، وجامعة المنصورة، وجامعة أسوان، بالإضافة إلى جامعة أريزونا الأميركية.
وأشار الدكتور محمد سامح إلى أن المشروع يهدف لزيادة كفاءة توليد الكهرباء من خلال الطاقة الشمسية بطريقة عملية للمساعدة في التغلب على أزمة الطاقة في مصر.
كما يمكن تركيب النظام في المناطق القاحلة وشبه القاحلة، ويمكن -أيضًا- تطبيق التصميم الهجين الجديد ليحلّ محلّ الوحدات الكهروضوئية التقليدية في تطبيقات الطاقة الشمسية.
علاوة على ذلك، يمكن استعمال التصميم الهجين الجديد في إنتاج الطاقة والمياه العذبة في مصر.
وعلى المستوى الصناعي، قال سامح، إن الألواح الشمسية الجديدة المدمجة بالهيدروجيل المُبرّد يمكن تصنيعها محليًا، مضيفًا أن هذا المشروع يمكن أن يكون بداية لتعاون بحثي أوسع بين الشركاء المصريين والأميركيين في مجال الطاقة المتجددة؛ ما قد يفيد معرفة الباحثين وتبادل الخبرات.
وتابع أن المشروع البحثي يدعم كذلك الأهداف المناخية من خلال الحدّ من الانبعاثات الكربونية، وتقليل استهلاك الوقود الأحفوري، وتحسين جودة الهواء المحلي.
موضوعات متعلقة..
- تجربة عراقية لتبريد الألواح الشمسية باستعمال شمع العسل والبارافين
- روبوتات تعزز كفاءة الألواح الشمسية.. تقنية ثورية تنتظر التطبيق
- تقنية جديدة تحمي الألواح الشمسية من مخاطر تساقط البرَد (تقرير)
اقرأ أيضًا..
- مفاجأة.. احتياطيات ضخمة من الغاز في ليبيا تتجاوز أي توقعات (خاص)
- خريطة مشروعات تصدير الغاز المسال عالميًا تضم 3 دول عربية (تقرير)
- إنتاج الغاز في مصر يرتفع 160 مليون متر مكعب خلال أكتوبر (رسم بياني)
- قفزة هائلة في توسعات خطوط أنابيب الغاز.. ودولة عربية فقط بقائمة الكبار
