باتت الطاقة الكهربائية، وطرق توليدها، ووسائل الحصول عليها، الشغل الشاغل لعلماء وباحثي اليوم.
وفي محاولة لتوليد الكهرباء في الليل، طور علماء صينيون نظام طاقة هجين يجمع بين خلايا الطاقة الشمسية ثلاثية الصمامات والتقسيم الطيفي والتبريد الإشعاعي ووحدة التوليد الكهروحرارية.
حيث سجل هذا التطوير علماء من الأكاديمية الصينية للعلوم، في خطوة قد تكون ثورة في عالم الطاقة الشمسية المتجددة..
وفي تقرير نشرته مجلة “بي في ماغازين”، قال “جيانفنغ غو”، الباحث لدى الأكاديمية الصينية للعلوم: “يمكن تطبيق النظام المقترح على توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية، باستعمال المواد الكهروحرارية للطيف الشمسي المنفصل لتوليد الكهرباء”.
وأضاف أنه “يمكن للجمع بين تقنية التبريد الإشعاعي والمواد الكهروحرارية تحقيقاً لتوليد الكهرباء خلال الليل”، وفق ما نشرته بي في ماغازين (pv magazine) مؤخرًا.
توليد الطاقة الشمسية بالليل… كيف يمكن أن يكون منطقيًا؟
في التشكيل المثالي للنظام المقترح، تعتمد لوحة خلايا الطاقة الشمسية على خلايا غير متجانسة مصنوعة من مواد الرقائق ثلاثية الوصلات (III-V) موضوعة في الجزء السفلي من الجانب الساخن للوحدة الكهروحرارية، لتوليد الكهرباء باستعمال فرق درجة الحرارة بين اللوحة الكهروضوئية (الشمسية) والتبريد الإشعاعي.
وتتولّد الكهرباء في الوحدات الكهروحرارية من اختلاف درجات الحرارة بين سطحين، وعادة ما يستعمل الجهاز الكهروحراري ظاهرة تُعرف باسم “التبريد الإشعاعي”.
وهي ظاهرة تُرى غالبًا في الأسطح المواجهة للسماء في الليل، التي تصبح أكثر برودة من الهواء المحيط، لأنها تشع الحرارة باتجاه الفضاء مباشرة، على اعتبار أن الغلاف الجوي لا يحجب الطاقة تحت الحمراء.
وقال العلماء: “إن جهاز التبريد الإشعاعي يجب أن يواجه السماء، لذلك يُوضع في الأعلى”.
تُجدر الإشارة إلى أن التبريد الإشعاعي يحدث عندما يمتص سطح الجسم إشعاعات قليلة من الغلاف الجوي ويطلق إشعاعات إضافية، ونتيجة لذلك يفقد السطح الحرارة، ويمكن تحقيق التبريد دون الحاجة إلى الكهرباء.
وكانت التجارب السابقة التي أُجريت على التبريد الإشعاعي قد أثبتت إمكانية استعماله بصفته وسيلةً لتبريد المباني دون الحاجة إلى استعمال الكهرباء.
مقارنة بين النظام الجديد والطاقة الشمسية التقليدية:
جرت مقارنة أداء النظام الجديد بأداء نظام الخلية الشمسية، والوحدة الكهروحرارية “التقليدية”، إذ يظل لوح الطاقة الشمسية في الأعلى يعمل كجانب ساخن للوحدة الكهروحرارية، ويستعمل المشتت (المصرِّف) الحراري كجانب بارد من الوحدة الكهروحرارية في الأسفل.
من جانبها، تستعمل وحدة التوليد الكهروحرارية العديد من المزدوجات الحرارية السالبة والموجبة، وتُوضع في المنتصف لتوليد الكهرباء باستخدام فرق درجة الحرارة بين اللوح الشمسي والمشتت الحراري.
وللمقارنة، طبّق علماء من الأكاديمية الصينية للعلوم نظرية تعتمد على ظروف التدفق الحراري لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة الكهروحرارية، وفق المعلومات التي رصدتها منصة الطاقة المتخصصة.
وقد خلص العلماء إلى أن “النظام الهجين المكوَّن من الخلية الشمسية والوحدة الكهروحرارية، والمزوَّد بالتبريد الإشعاعي يتفوّق على النظام الهجين التقليدي، ليس فقط من حيث الكفاءة العالية وإنّما من حيث قدرته التشغيلية على مدار 24 ساعة”.
ووجدوا أن النظام الهجين، الذي يحتوي على خلايا رباعية الوصلات، يمكن أن يحقق كفاءة تزيد على 65%، التي وصفوها بأنها متفوقة على معظم أنظمة الطاقة الشمسية والحرارية الحالية، وقد وصلت كفاءة النظام أحادي الوصلة إلى 39.4%.
وقال العلماء إن هذه النسبة تُعدّ أعلى من الكفاءة الكهروضوئية النظرية عند تركيز 500 واط/للمتر المربع بمقدار 38.2%، وفقًا لما نشرته بي في ماغازين.
مازالت جهود العلماء مستمرة في السياق نفسه، وذلك من أجل تسهيل عملية الحصول على الطاقة الكهربائية بشكلٍ أساسي.
