ابتكر باحثون في كوريا الجنوبية مؤخرًا تقنية نوافذ شمسية هجينة شفافة، قادرة على توليد الكهرباء باستمرار، باستعمال ضوء الشمس نهارًا والإضاءة الداخلية ليلًا.
ويأتي هذا التقدم في ظل الطلب المتزايد على الطاقة الحضرية المستدامة، الذي يُسهم بتسريع دمج تقنيات الخلايا الشمسية في واجهات المباني ونوافذها.
وتُعدّ وحدات الخلايا الشمسية الشفافة أساسيةً لأنظمة الخلايا الشمسية المدمجة في المباني (BIPVs)، إلّا أن التصاميم الحالية تعاني من مفاضلة جوهرية بين الشفافية المرئية وكفاءة تحويل الطاقة، وغالبًا ما يصاحبها ضعف في تجسيد الألوان، ما يحدّ من اعتمادها في التصميم المعماري.
ووفق الدراسة التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، تعمل هذه النافذة الشمسية على التقاط ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة بشكل انتقائي لتوليد الكهرباء مع السماح بمرور الضوء المرئي؛ ما يُحقق شفافية عالية ودقة عرض ألوان فائقة.
ابتكار نوافذ شمسية جديدة
طوّر هذه النوافذ الشمسية الهجينة فريق بحثي بقيادة الأستاذ في قسم هندسة الطاقة المتكاملة بجامعة كوريا، الدكتور جون يونغ سيوك، بالتعاون مع جامعة كوريا للفضاء والمعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا (KIST).
ووفقًا للفريق، يُمكن لهذه التقنية المبتكرة أن توسّع بشكل كبير دور النوافذ في المباني الموفرة للطاقة، وأن تساعد في التغلب على القيود التي طالما واجهتها الخلايا الشمسية الشفافة.
وأشار جون إلى أنه "في المستقبل، يمكن تطبيق تقنيتنا في قطاعات صناعية متنوعة، مثل المباني الصفرية الطاقة ونوافذ السيارات الكهربائية".
ووفقًا للفريق، يمكن أن يُشكّل هذا النهج المقترح بديلًا جديدًا لإنشاء نوافذ شمسية مدمجة في المباني، توفر شفافية عالية، وتجسيدًا فائقًا للألوان، وقدرة عالية على توليد الكهرباء في آن واحد.
في هذا المشروع، استغلّ فريق البحث خصائص الخلايا الشمسية ثنائية الوجه، ونفّذ نظامًا لتوليد الكهرباء يعمل على مدار الساعة؛ إذ يستغل هذا النظام ضوء الشمس نهارًا وإضاءة المصابيح الداخلية (LED) والفلورسنت ليلًا.
وعلى عكس التقنيات الحالية، توفر هذه الطريقة الجديدة إمدادًا ثابتًا للكهرباء، بغضّ النظر عن تغيرات الوقت أو الطقس.
وحظيت هذه الدراسة -التي نُشرت في مجلة جول (Joule)- بدعم من وزارة التجارة والصناعة والموارد، والمعهد الكوري لتقييم وتخطيط تكنولوجيا الطاقة (KETEP).
مزايا النوافذ الشمسية الهجينة
تحافظ النافذة الشمسية على شفافية عالية مع توفير إنتاج ثابت، بغضّ النظر عن الوقت أو الظروف الجوية، إذ يمكنها توليد الكهرباء على مدار الساعة باستعمال ضوء الشمس نهارًا والإضاءة الداخلية ليلًا.
وعلى عكس الخلايا الشمسية الشفافة التقليدية، التي عادةً ما تُضحّي بالكفاءة من أجل الوضوح، أو تُشوّه الضوء الساقط، يحافظ النظام الجديد على كلٍّ من الوضوح ودقة الألوان.
وقال العلماء: "تُشوّه الخلايا الشمسية الرقيقة لون الضوء في أثناء عملية الامتصاص، ما يُقيّد استعمالها في أنظمة الخلايا الشمسية المُدمجة في المباني".
وتجمع النوافذ المبتكرة بين طبقات عازلة متعددة الطبقات ذات انتقائية طيفية، تُعرَف باسم عاكسات براغ الموزعة، وخلايا شمسية سيليكونية ثنائية الوجه عالية الكفاءة، موزعة مكانيًا.
ويُعيد العاكس البصري توجيه ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة غير المرئي انتقائيًا نحو الخلايا الشمسية، في حين يسمح لمعظم الضوء المرئي بالمرور.
ونتيجةً لذلك، تحافظ هذه التقنية على شفافية عالية ووضوح بصري، مع تحويل الطاقة من أطوال موجية تُهدَر عادةً؛ ما يُعالج تحديًا حاسمًا في أنظمة الخلايا الشمسية الشفافة من خلال تحقيق التوازن بين الكفاءة وسهولة الاستعمال.
وأشار الفريق إلى أن الوحدة حافظت على نفاذية مرئية بنسبة 75.6%، مع توفير سطوع مماثل للنافذة التقليدية، وكفاءة تحويل طاقة تبلغ 8.29%، كما بلغ مؤشر تجسيد الألوان (مقياس كمي يُبين مدى دقة إعادة إنتاج ألوان الضوء عبر النافذة) نسبة 93.8%.
وحلّت هذه الطريقة مشكلة تشوه الألوان التي عانت منها الخلايا الشمسية الشفافة السابقة.
وخلص جون في بيان صحفي إلى القول: "أظهرت نتائجنا أنه بإمكاننا استعمال الأشعة تحت الحمراء غير المرئية والإضاءة الداخلية مصدرًا للطاقة، مع الحفاظ على شفافية النافذة".
موضوعات متعلقة..
- "الفيمتوثانية" تحول النوافذ الشمسية إلى مولدات كهربائية فاعلة
- النوافذ الشمسية.. ثورة صناعية جديدة لتوفير الكهرباء في المباني الزجاجية
- كشف تفاصيل الخلايا الشمسية من السيليكون الأكثر كفاءةً في العالم
اقرأ أيضًا..
- توقعات أسواق النفط في 2026 ودور أوبك+.. 10 خبراء يتحدثون
- اكتشافات النفط والغاز العربية في 2025.. 5 دول تستحوذ على النصيب الأكبر
- صفقات ناقلات النفط والغاز المسال.. هذه أبرز 5 قصص في 2025
- أسواق الكهرباء في أوروبا.. 5 تطورات مهمة في 2025 (تقرير)
المصادر:
- دراسة حول ابتكار نوافذ شمسية هجينة شفافة بكفاءة أعلى، من مجلة "جول"
- معلومات إضافية عن ابتكار نوافذ شمسية شفافة، من موقع جامعة كوريا
