ابتكار عصري ..ألواح طاقة شمسية تولد الكهرباء خلال الليل
بينما تعمل التقنيات التقليدية المستخدمة في ألواح الطاقة الشمسية، من خلال امتصاص أشعة الشمس فقط لتوليد الكهرباء، يواصل العلماء العمل لإيجاد تكنولوجيات حديثة، يمكن من خلالها توليد الكهرباء ليلًا.
وفي تكنولوجيا حديثة، يختبرها علماء في جامعتين، هما ستانفورد الأميركية ونيو ساوث ويلز الأسترالية، أظهرت التقنيات الجديدة إمكان توليد الكهرباء في الليل، من خلال تخزين الكهرباء أو الحصول على الموجات تحت الحمراء، وفق ما نقل موقع “سيا سات دايلي” العلمي.
وطوّر الباحثون بجامعة ستانفورد في ولاية كاليفورنيا الأميركية نوعًا جديدًا من ألواح الطاقة الشمسية، تجمع وتحوّل أشعة الشمس إلى كهرباء في النهار، ولكنها قادرة على تحويل الطاقة المنبعثة من التبريد الإشعاعي إلى كهرباء بعد الغروب.
قال تقرير لموقع “مونت كارلو”، إن هذه التكنولوجيا يمكنها إطالة عمر ألواح الطاقة الشمسية بشكل كبير.
وبحسب التقرير، فإن هذه التكنولوجيا ستجعل من الألواح الشمسية مصدرًا دائمًا للطاقة لأكثر من 750 مليون شخص حول العالم يعيشون في الظلام، دون أيّ مصدر للكهرباء.
ورغم أن هذه التكنولوجيا ما زالت في بدايتها، وتحتاج لأعمال تطوير قبل استغلالها تجاريًا، فإنها قابلة للانتشار بشكل كبير.
استخدام الإشعاع الحراري
أمّا عن تقنيات جامعة نيو ساوث ويلز، فقد طوّر الباحثون جهازًا يشبه نظارات الرؤية الليلية، يمكن من خلاله توليد الكهرباء من الإشعاع الحراري بوساطة ألواح الطاقة الشمسية.
ووفقًا لمجلة “إيه سي إس” العلمية، التابعة لمركز التميز “إكسيتون ساينس”، التي نشرت نتائج الأبحاث الأميركية، فقد يتمكن العالم قريبًا من استخدام الطاقة الشمسية هائلة القوة، حتى في الظلام، قريبًا، لا سيما مع التقدم الكبير في تطوير تقنيات الالتقاط الحراري.
ويسخّن الإشعاع الشمسي القشرة الأرضية بشكل كبير خلال ساعات النهار، لكن هذه الطاقة تُفقَد في برودة الفضاء عندما تغرب الشمس، لذا عمل الباحثون على اختبار الجهاز القادر على تحويل الأشعة تحت الحمراء إلى طاقة كهربائية.
واستخدم الفريق، بما في ذلك أعضاء مركز التميز، جهازًا لتوليد الكهرباء يسمى “الصمام الثنائي الإشعاعي الحراري”، إذ يستخدم تقنية مشابهة تمامًا لتلك الموجودة في تقنيات الرؤية الليلية.
محاكاة تقنيات قديمة
قال الباحث المساعد في مركز التميز إكسيتون ساينس، نيكولاس إيكينز دوكس، إن العالم اكتشف، في أواخر القرن 18 ومطلع القرن 19، أن كفاءة المحركات البخارية تعتمد على اختلاف درجة الحرارة عبر المحرك، ومجال الديناميكا، الآن تنطبق المبادئ نفسها على الطاقة الشمسية.
سعة الطاقة الشمسية
وأضاف: “توفر الشمس المصدر الساخن، وتوفر ألواح الطاقة الشمسية الباردة نسبيًا على سطح الأرض امتصاصًا باردًا، وهذا يسمح بإنتاج الكهرباء.. ومع ذلك، عندما نفكر في انبعاث الأشعة تحت الحمراء من الأرض للفضاء الخارجي، فإن الأرض هي الجسم الدافئ نسبيًا، مع الفراغ الشاسع للفضاء شديد البرودة”.
وتابع: “عادةً ما نفكر في انبعاث الضوء على أنه شيء يستهلك الطاقة، ولكن بالنسبة للأشعة تحت الحمراء، التي تجعلنا نتوهج جميعًا بطاقة مشعّة، اتضح أنه من الممكن استخراج الطاقة الكهربائية”.
ولفت إلى أنه لا توجد حتى الآن المادة “المعجزة” التي ستجعل الصمام الثنائي الإشعاعي الحراري حقيقة مستخدمة في واقعنا اليومي، لكن حتى الآن، قُدِّم الدليل على إمكان تطبيق هذا المبدأ، مضيفًا: “نحن حريصون على معرفة مدى قدرتنا على تحسين هذه النتيجة في السنوات القادمة”.
المصدر: مونت كارلو + الطاقة
اقرأ أيضاً: يختزن الطاقة الشمسية لأكثر من عشر سنوات ..علماء سويديون يفاجئون العالم بتطوير سائل خارق سيؤمن التدفئة المجانية طيلة الشتاء “فيديو”
في ظل الاستهلاك المتزايد لمصادر الطاقة بشكل أصبح يشكل خطراً يهدد الاحتياطيات العالمية.
وكان التوجه الى إيجاد مصادر أخرى سميت بالطاقة البديلة, ولعل أضخم تلك المشاريع و أكثرها انتشارا كانت مشاريع الطاقة الشمسية.
إلا أنه وبغض النظر عن مدى وفرتها أو تجددها، تحيط بعض المشاكل بالطاقة الشمسية، حيث لا يوجد إلى حد الآن طريقة تخزين على المدى الطويل للطاقة التي يقع توليدها، على أن تكون غير مكلفة وفعالة.
لكن لا بد أن سائل الطاقة الشمسية المكتشف مؤخراً سيغيّر هذه الصورة بشكل تام وإلى الأبد.
عانت صناعة الطاقة الشمسية من هذه المشكلة لبعض الوقت. لكن عام 2017، قدمت سلسلة من أربع ورقات بحثية حلاً جديداً مثيراً للاهتمام فيما يتعلق بهذه المشكلة، بحسب موقع Sciencealert الأميركي.
وقود الطاقة الشمسية أو البطارية القابلة للشحن طويل الأمد
طور علماء في السويد سائلاً خاصاً يسمى وقود الطاقة الشمسية، يتمتع بالقدرة على تخزين الطاقة المتأتية من الشمس لمدة تزيد عن عشر سنوات.
وقد أوضح جيفري غروسمان، مهندس مختص في هذه المواد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لشبكة NBC News، أن “وقود الطاقة الشمسية يشبه بطارية قابلة لإعادة الشحن.
لكن بدل استخدام الكهرباء نقوم بتزويده بالضوء المتأتي من الشمس، لينتج الحرارة، حسب الطلب”.
والجدير بالذكر أنه قضى علماء من جامعة شالمر للتكنولوجيا السويدية أكثر من عام للعمل على تحسين هذا الاكتشاف، الذي يعد عبارة عن جزيء في شكله السائل.
كيف يعمل السائل الكيميائي؟
يتكون هذا الجزيء من الكربون والهيدروجين فضلاً عن النيتروجين، وعند تعرضه لأشعة الشمس تحدث ردة فعل غير مألوفة، حيث تقع إعادة ترتيب الروابط بين ذراته.
ويتحول هذا الجزيء بدوره إلى نسخة جديدة نشطة، تسمى التصاوغ.
وتصبح الطاقة المتأتية من الشمس حبيسة بين الروابط الكيميائية القوية للتصاوغ، وتظل في المكان ذاته حتى عندما تنخفض حرارة الجزيء لتتوافق مع درجة حرارة الغرفة.
عندما نحتاج إلى الطاقة سيتم استخدام سائل الطاقة
في الليل مثلاً أو خلال الشتاء، يتم ببساطة استخلاص هذا السائل من خلال مادة الحفاز التي تعيد الجزيء إلى شكله الأصلي، مما يتسبب في إطلاق هذه الطاقة على شكل حرارة.
ذكر أحد أعضاء الفريق، وهو عالم في المواد النانوية، يدعى كاسبر موث -بولسن، يعمل في جامعة شالمر للتكنولوجيا أنه “يمكن تخزين الطاقة في جزيء التصاوغ هذا لمدة تصل إلى 18 عاماً.
وعندما نقوم باستخراج الطاقة واستخدامها نحصل على حرارة مرتفعة أكثر مما كنا نتوقع بمراحل”.
ومن خلال النموذج الأولي لنظام الطاقة، الذي ثبت على سطح مبنى الجامعة، وضع هذا السائل الجديد قيد الاختبار.
ووفقاً للباحثين، جذبت النتائج انتباه العديد من المستثمرين.
كيف يعمل سائل الطاقة الشمسية المتجددة؟
يتكون جهاز الطاقة المتجددة الخالي من الانبعاثات من مرآة كروية مع أنبوب في الوسط، تقوم بتتبع أشعة الشمس تماماً مثل صحن استقبال القنوات الفضائية. ويعمل هذا النظام على نحو دائري.
وعن طريق ضخه في أنابيب شفافة، ترتفع درجة حرارة السائل عند تعرضه لأشعة الشمس مما يتسبب في تحويل جزيء نوربورناديين إلى جزيء التصاوغ الحابس للحرارة، کوادریسیکلان.
ويتم، بعد ذلك، تخزين السائل في درجة حرارة الغرفة مع حد أدنى من خسارة الطاقة.
وعند الحاجة إلى استخدام الطاقة، تقع تصفية هذا السائل عن طريق عملية التحفيز باستخدام مادة حفاز خاصة تحول الجزيئات إلى شكلها الأصلي، وتقوم بتسخين السائل إلى حدود 63 درجة مئوية (113 درجة فهرنهايت).
ونأمل أن يتم استخدام هذه الحرارة في أنظمة التدفئة المنزلية وتشغيل سخان المياه في المباني وغسالة الصحون ومجفف الملابس والكثير من الاستعمالات الأخرى، قبل أن تستقر في الجهاز على السطح مرة أخرى.
وقد أخضع الباحثون السائل لهذه الدورة أكثر من 125 مرة، حيث قاموا برفع درجة الحرارة وخفضها دون أن ينتج عن ذلك حدوث أي ضرر كبير في الجزيء.
وقال موث-بولسن: “لقد حققنا الكثير من التقدم في الآونة الأخيرة، واليوم لدينا نظام للطاقة خال من الانبعاثات ويعمل على مدار العام”.
إنه أفضل من بطاريات تيسلا
ووفقاً لشبكة NBC، بعد مجموعة من التطويرات التي طرأت على هذا المشروع، يدعي الباحثون أن هذا السائل يمكن أن يحبس 250 واط – ساعة من الطاقة لكل كيلوغرام، ويعد ذلك ضعف طاقة الكهرباء الموجودة في بطاريات تيسلا باور وال.
لكن لا يزال هناك مجال كبير لتحسين هذه الفكرة. ويعتقد الباحثون أنه من خلال الاستغلال الصحيح لهذا المشروع يمكنهم الحصول على المزيد من الحرارة، حوالي 110 درجة مئوية (230 درجة فهرنهايت) أخرى.
أفاد موث -بولسن، أنه “لا يزال هناك الكثير من الخطوات التي يجب القيام بها في الصدد.
لقد تمكنا للتو من تشغيل هذا النظام. ونحتاج الآن إلى ضمان تصميم هذا المشروع على النحو الأمثل”.
ويعتقد أنه في حال سارت الأمور كما هو مخطط لها، يمكن أن تصبح هذه التكنولوجيا جاهزة للاستخدام التجاري في غضون 10 أعوام.
المصدر: وكالات
