الطاقة الشمسية ـ اكتشاف تقنية جديدة لتوليد الطاقة الشمسية في الليل والنهار
الطاقة الشمسية
لقد قطع المخترعون شوطًا طويلاً عندما تمكنوا من اختراع الخلايا الكهروضوئية التي تحول طاقة ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية. على الرغم من التاريخ الطويل من المحاولات الناجحة نسبيًا لتسخير طاقة الشمس ، لم يتمكن العلماء من تجاوز الحدود الموضوعة لجمع واستخدام كمية كبيرة من الطـاقة الشمسيـة. وذلك لأن فترة ظهور الشمس محصورة بوقت النهار فقط.
وقال العالم القديم توماس إديسون: “ما دامت الشمس تشرق ، فإن مصادر الطاقة التي يمكن أن يستفيد منها الإنسان لن تنفد”. لم يكن الوحيد الذي حلم بتسخير طاقة الشمس لخدمة البشرية ، حيث انتشر هذا التفكير بين العديد من المخترعين عبر التاريخ.
يواصل أستاذ في جامعة هيوستن سعيه للحصول على تقنية جديدة للطاقة الشمسية ، وأعلن مؤخرًا عن اختراع نظام طاقة شمسية جديد يتفوق على جميع الأنظمة السابقة. يتيح هذا النظام الاستخدام المستمر لطاقة الشمس دون انقطاع.
كتب Pu Zhao Kalesi ، الأستاذ في قسم الهندسة الميكانيكية ، “من خلال التصميم الجديد لنظام الطاقة الشمسية.
تمكنا من تحسين كفاءة آلية تجميع الطاقة الشمسية إلى أقصى حد تسمح به قوانين الديناميكا الحرارية”. طالبة الدكتوراه سينا جعفري جاليشونة. يشير الحد الأقصى للديناميكا الحرارية إلى القدرة النظرية المطلقة لتحويل أكبر قدر من طاقة الشمس إلى كهرباء.
هذا التقدم في استخدام طاقة الشمس أمر بالغ الأهمية للانتقال إلى العمل على بناء شبكة كهربائية نظيفة. وفقًا لدراسة حديثة نشرتها إدارة تقنيات الطـاقة الشمسيـة والمختبر الوطني للطاقة المتجددة.
يمكن أن يصل اعتماد الولايات المتحدة على مصادر الطاقة الشمسيـة إلى 40٪ بحلول عام 2035 ، و 45٪ بحلول عام 2050. لكن هذا يعتمد على خفض التكاليف لبدء العمل مع هذه الخطة ، وإيجاد سياسات داعمة لتوسيع نطاق شبكات الكهرباء.
ما هو مبدأ عمل نظام الطاقة الشمسية الجديد؟
تعتمد الخلايا الشمسية التقليدية على طبقة وسيطة تعالج ضوء الشمس ، من أجل تحويله بكفاءة إلى طاقة كهربائية. تم تصميم السطح الأمامي للطبقة الوسطى ، المقابلة للشمس ، لامتصاص الفوتونات من الشمس. ثم يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية ، مما يرفع درجة حرارة الطبقة المتوسطة.
حدد العلماء الحد الأقصى للخلايا الشمسية التقليدية عند 85.4٪ ، وهو مقدار الطاقة التي يمكن إنتاجها باستخدام الطاقة الحرارية لأشعة الشمس. هذه النسبة أقل بكثير من الحد الأقصى المفترض وهو 93.3٪ ، والمعروف باسم حد Landsberg.
يقول جاو: “تُظهر النتائج التي توصلنا إليها سبب عدم إمكانية الوصول إلى حد لاندسبيرج”. والسبب هو الانبعاثات من النهاية الخلفية للطبقة الوسيطة باتجاه الشمس ، وهذه الانبعاثات ناتجة عن عملية التبادل التي تحدث في نظام الطـاقة الشمسية.
نحن اقترح إنشاء أنظمة طـاقة شمسية تستخدم الخلايا التقليدية ، مع إضافة طبقة وسيطة لا يحدث فيها أي تبادل بعد امتصاص ضوء الشمس. وهذا سيمنع الانبعاثات في الاتجاه المعاكس لأشعة الشمس ، مما يعني زيادة تدفق الفوتونات نحو الخلية “.
وبالتالي ، يمكن أن تصل الأنظمة الشمسية الجديدة إلى حد Landsberg ، وستزيد كفاءة أنظمة الخلايا الشمسية أحادية الوصلة بشكل كبير.
تتميز الأنظمة الشمسية الجديدة ليس فقط بأدائها العالي ولكن أيضًا بصغر حجمها وسهولة تشغيلها والقدرة على برمجة النظام لتوليد الكهرباء عند الطلب.
تطبيق مهم آخر هو إمكانية وضع هذه الأنظمة الشمسية مع وحدة تخزين طاقة حرارية رخيصة لتوليد الكهرباء بشكل مستمر طوال الوقت.
ويختتم جاو قائلاً: “يُظهر اكتشافنا الجديد ما يمكن أن تحققه المكونات الكهروضوئية غير التبادلية في توليد الطاقة. يفتح النظام الشمسي الجديد الباب لمزيد من التحسينات المهمة ، والتي قد تسمح أيضًا بتركيب مثل هذه الأنظمة في محطات الطاقة “.
المزيد: ما هو رأي رؤساء شركات التكنولوجيا العالمية في الميتافيرس؟
