ابتكار لوحة شمسية داكنة من الخلايا الكهروضوئية

ابتكر فريق بحثي من جامعة ستانفورد الأميركية وحدة لإنتاج الكهرباء قادرة على العمل خارج الشبكة الكهربائية وأثناء الليل عندما تكون الألواح الشمسية التقليدية غير فعالة. وهو ما قد يشكل ثورة في مجال إنتاج الطاقة.

وتُغطي الألواح الشمسية الليلية الفجوة خلال ساعات الليل أو فترات الظل التي لا تتوفر فيها أشعة الشمس، وبذلك يُمكن استخدام الطاقة الشمسية بسهولة أكبر في المناطق النائية ذات الغطاء السحابي المتغير أو التي لا تتمتع بأشعة الشمس المباشرة طوال الوقت.

وجمع الفريق بين مولد كهربائي حراري والتبريد الإشعاعي، مما أدى إلى وحدة قادرة على إنتاج كثافة كهرباء ليلية تزيد عن واطيْن لكل متر مربع، وهو ما يفوق طاقة الرياح وطاقة الترددات الراديوية.

ولا يشغل المولد الكهربائي الحراري سوى أقل من 1% من مساحة الوحدة، مما يجعل هذه المنصة عمليا في متناول الجميع اقتصاديا.

وفي وقت لا تزال فيه لوحة الطاقة الشمسية الداكنة التي طورها الفريق في مرحلة التجربة والإثبات، يمكن أن يكون لها تطبيقات مهمة ومتعددة منها:
-إنتاج الكهرباء ليلا خارج الشبكة.
-مصدر الطاقة لأجهزة الاستشعار الزراعية والبيئية والأمنية.
-مصدر طاقة للإضاءة.
-مصدر طاقة للاتصالات الرقمية.

واعتمد العلماء على مفهوم التبريد الإشعاعي الذي يحدث بشكل طبيعي عندما تتبدد الحرارة من السطح، وخاصة في الأمسيات الصافية، بينما ترسل الأرض طاقة الأشعة تحت الحمراء نحو الفضاء. ويحدَّد الفرق في درجة الحرارة الناتج بين الأجسام والهواء المحيط بها، ويمكن استخدامه لتوليد الكهرباء.

وللتبريد الإشعاعي أيضا تطبيقات متنوعة في ضوء النهار، كما يتضح من نظام ” سكاي كول سيستم” (SkyCool Systems) البديل الخالي من الطاقة لتكييف الهواء. وقد طوَّر مستخدمو المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ هذا المبدأ لاستخراج مياه الشرب في المناطق التي تعاني من الجفاف.

وأضاف باحثو ستانفورد مولدات حرارية كهربائية إلى الألواح الشمسية التجارية المعدّلة لجمع الحرارة المُتبددة لإنتاج كميات صغيرة من الكهرباء القابلة للاستخدام، ونتج عن الألواح الشمسية الداكنة المُعدّلة 50 ملي واط (جزء من الألف من الواط) لكل متر مربع ليلا.

وأشار شانهوي فان، قائد فريق البحث في جامعة ستانفورد، إلى أن إنتاج الطاقة متواضع للغاية، لكنه أكد أن وحدتهم تتمتع بإمكانيات تطوير كبيرة، ومع استمرارهم في تحسين تصميم الألواح وكفاءتها، قد يتمكنون من تلبية احتياجات الطاقة الليلية.

وعمليا، قد تكون الطاقة الناتجة أقل من 200 واط لكل متر مربع من الألواح الشمسية التقليدية، إلا أنها لا تزال كافية للأجهزة الصغيرة مثل مصابيح “ليد” (LED) وأجهزة الاستشعار البيئي.

وفي الأمسيات الصافية، يمكن للألواح الشمسية المظلمة أن تصل إلى درجات حرارة أقل بعدة درجات من الهواء المحيط، مما يُهيئ الظروف المناسبة لإنتاج الكهرباء. يستند هذا المبدأ إلى تقنيات التبريد القديمة، ويُشير إلى كيف يُمكن للفيزياء التقليدية أن تُنير حلول الطاقة الحديثة.

يتجاوز الابتكار الواعد للألواح الشمسية الداكنة مجرد توليد الكهرباء، إذ يعيش حوالي 770 مليون شخص بدون كهرباء، وستوفر هذه الألواح حلولا أساسية للإضاءة والطاقة لمن يعيشون في مناطق نائية للغاية.

كما سينخفض الاعتماد على البطاريات، التي عادة ما تكون باهظة الثمن ومُلوِثة للبيئة بسبب استخراج المعادن. كما أن القدرة على تشغيل أجهزة الاستشعار البيئي، وأجهزة إنترنت الأشياء، وغيرها من المعدات منخفضة الطاقة بدون بطاريات تقلل من إجمالي البصمة الكربونية لإنتاج البطاريات والتخلص منها.