أخبار الطاقة المتجددة أخبار التكنو طاقة تكنو طاقة رئيسية طاقة متجددة

خلايا شمسية تحتوي على السيراميك قد تُحدث ثورة في إنتاج الكهرباء

أسماء السعداوي

2024-06-30

0 16٬917

خلايا شمسية تقليدية - الصورة من "يورو نيوز"

سلّط تقرير حديث الضوء على أهمية الخلايا الشمسية التي تحتوي على مادة السيراميك بديلًا عن السيليكون؛ كونها أقل من حيث التكاليف وأكثر إنتاجًا للكهرباء وتوفيرًا للمساحة.

ووفق منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، يعود اكتشاف المادة التي قد تُحدِث ثورة في عالم الطاقة الشمسية إلى عام 2015، على يد باحثين من المعهد الفيدرالي السويسري للتقنية في زيورخ "إي تي اتش زيورخ" (ETH Zürich).

ومن دون السيليكون، يمكن أن تضع خلايا الطاقة الشمسية باستعمال السيراميك حدًا للألواح الشمسية التي يتطلب تصنيعها مواد نادرة وعمليات مكلفة.

ويمكن لخلايا السيراميك الجديدة أن تكون أكثر كفاءة من الألواح الشمسية الحالية بنحو ألف مرة، وبفضلها يتوقع العلماء أن يحلّ ذلك الوقت الذي يكون فيه إنتاج الكهرباء النظيفة مجانيًا تمامًا.

خلايا شمسية تحتوي على السيراميك

يتألف السيراميك الشمسي من مكونين رئيسين، أولهما مادة تمتص الضوء والآخر مادة موصلة للكهرباء، ويستعمل أكسيد الألومنيوم وجزيئات نانوية من مادة البيروفسكايت بوصفها طبقة تمتص أشعة الشمس.

ثم تُدمَج جزيئات البيروفسكايت في أكسيد الألومنيوم الذي يحميها من تقلبات الحرارة والرطوبة وأيّ من أشكال الضغط الميكانيكي، وفق تقرير لمنصة "إيكو نيوز" (ecoticias).

وعندما يسقط ضوء الشمس على السيراميك، تستقبله الإلكترونات الموجودة داخل جزيئات البيروفسكايت النانوية، وفي المرحلة التالية تنتقل الإلكترونات إلى بلورات أكسيد الألومنيوم التي تعمل بوصفها ممرات داخل مادة السيراميك لنقل الإلكترونات على سطحه وإنتاج التيار الكهربائي.

المعهد الفيدرالي للتقنية في زيورخ - الصورة من موقعه الرسمي

وبالمقارنة بعدد من الجوانب الأساسية، تكون الخلايا الشمسية التي تحتوي على مادة السيراميك أكثر فاعلية من نظيرتها التي تستعمل مادة السيليكون.

وتساعد بنية السيراميك ومساميّته في احتجاز أشعة الشمس والاحتفاظ بها في كل جزء من المادة، والوصول إلى درجة حرارة التفاعل الضرورية عند 1500 درجة مئوية.

وبحسب التقرير، فالألواح الشمسية المعتمدة على مادة السيراميك قادرة على إحداث ثورة في صناعة الطاقة الشمسية والطريقة التي تُستهلك بها؛ إذ إنها أقوى بأكثر من ألف مرة من الألواح الشمسية التقليدية؛ ما يؤكد كون احتمالات استعمالها هائلة ومؤثرة.

يتحقق ذلك من خلال قدرة الخلايا الشمسية المحتوية على السيراميك في توليد إلكترونات بصورة مجانية تقريبًا؛ ما يسمح لعدد أكبر بالوصول إلى الطاقة النظيفة، وخاصة غير القادرين على الاستثمارات الباهظة التي تتطلبها أنظمة الطاقة المتجددة.

استعمالات التقنية

يمكن تطبيق تقنية الخلايا الشمسية التي تحتوي على السيراميك في بعض الصناعات الضخمة بغرض كهربتها، ومنها صناعات الصلب والأسمنت.

والخلايا الشمسية التي تستعمل السيراميك ليست مصممة لدعم الاستهلاك الذاتي، وإنما للبنايات إيجابية الطاقة التي تنتج كهرباء أكثر مما تستهلك، وهو ما كان في وقت ما مستحيلًا.

والآن، تمكّن الخبراء من إحياء الحلم مجددًا في ظل ظروف خاضعة للرقابة، لكن مازال تسويق النموذج التجريبي متأخرًا مستغرقًا وقتًا أطول.

وبإمكان تلك الخلايا الشمسية أن تُحدث ثورة في تسقيف المنازل؛ إذ تسمح طبقة السيراميك المزودة بجزيئات النانو ذات القطر المحدد بتقليل الأشعة تحت الحمراء التي ترفع درجة حرارة السقف.

كما تحمل الألواح ميزات الأسقف التقليدية ومتانتها، مع قدرتها على إنتاج الكهرباء المجانية وتحسين عزل الحرارة.

المفاعل الشمسي - الصورة من موقع المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا

مفاعل شمسي

باستعمال تقنية الرسم ثلاثي الأبعاد على مادة السيراميك، طوّر باحثو المعهد السويسري في أكتوبر/تشرين الأول من العام الماضي (2023) قلب مفاعل شمسي لإنتاج أنواع وقود سائلة خالية من الكربون من ضوء الشمس والهواء، مثل الكيروسين الشمسي المستعمل في صناعة الطيران.

ويعمل المفاعل الشمسي من خلال جمع ضوء الشمس بوساطة مرآة مقعرة، وبينما تتضمن بنية الاختراع هياكل من السيراميك مرتبة هرميًا مطبوعة بوساطة الرسم ثلاثي الأبعاد، يفتح السطح في مواجهة الشمس، ويضيق في الناحية الخلفية للمفاعل، ليحصر الحرارة داخله.

ونتيجة لذلك، وبحسب الاختبارات الأولية، يكون كامل بنية المفاعل قادرًا على الوصول لدرجة حرارة التفاعل عند 1500 درجة مئوية بسبب تركيز أشعة الشمس.

وعندما تُنقل أشعة الشمس بكفاءة إلى داخل المفاعل بوساطة الأجزاء المرسومة بالتقنية ثلاثية الأبعاد، يكون إنتاج الوقود الشمسي الخالي من الكربون بمقدار مرتين عن الطرق التقليدية السابقة.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..