طور علماء أمريكيون ألواحًا شمسية بالغة الرقة تحول أي سطح إلى مصدر للطاقة

طور معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) تقنية لإنتاج خلايا شمسية فائقة الرقة وخفيفة الوزن.

يتم ربط الخلايا الشمسية المتينة والمرنة، وهي أرق بكثير من شعر الإنسان بنسيج خفيف الوزن، مما يسهل وضعها على أي سطح. وزنها أقل بـ 100 مرة من الألواح الشمسية التقليدية، وكفاءتها الطاقية أعلى بـ 18 مرة. تستخدم أحبار أشباه الموصلات لتصنيع العناصر، ويمكن توسيع نطاق تكنولوجيا الإنتاج في وقت قصير.

يمكنك وضع هذه العناصر في أي مكان تقريبًا – على سبيل المثال، على الأشرعة لتزويد السفينة بالكهرباء. خيار آخر هو استخدامها في حالات الطوارئ عند الحاجة إلى إنشاء مصدر الكهرباء بسرعة.

قال فلاديمير بولوفيتش مدير MIT.nano وكبير مؤلفي مقال يصف تشغيل الخلايا الشمسية الجديدة: “عادة ما يتم تقييم الخلايا الشمسية من حيث كفاءة تحويل الطاقة والتكلفة لكل واط”. “ومع ذلك، فإن القابلية للتكامل على نفس القدر من الأهمية – وهي السهولة التي يمكن بها اعتماد تقنية جديدة. توفر العناصر خفيفة الوزن مستوى عالٍ من التكامل. نحن ملتزمون بتسريع اعتماد الطاقة الشمسية، بالنظر إلى مدى حاجتنا إلى مصادرها الجديدة الخالية من الكربون “.

التفوق على الكلاسيكيات

الألواح الشمسية التي اعتدنا عليها مصنوعة من السيليكون الهش. و لمنع التلف يتم استخدام إطارات زجاجية ومعدنية ضخمة، مما يجعل البطاريات ثقيلة جدًا.

قبل ست سنوات أنتج قسم من MIT خلايا شمسية من مواد رقيقة. اتضح أنها رقيقة لدرجة أنه يمكن وضعها على فقاعة صابون. ومع ذلك، فقد تبين أن تصنيعها باستخدام عمليات التفريغ المعقدة مكلف للغاية بالنسبة للانتاج بالجملة.

لإنشاء عناصر جديدة يستخدم العلماء المواد النانوية – أحبار أشباه الموصلات. يتم ترسيب الهيكل الإلكتروني على ركيزة معدة مسبقًا، لا يتجاوز سمكها 3 ميكرون. لاستكمال إنتاج الوحدة الشمسية يتم استخدام طباعة الشاشة  الحرارية، وهي طريقة مماثلة لتلك المستخدمة في طباعة التصاميم على القمصان.

تبلغ السماكة النهائية للجهاز الشمسي الخفيف للغاية حوالي 15 ميكرون.

ليس من السهل التعامل مع مثل هذه الوحدات الشمسية الرقيقة نظرًا لخطر إتلافها. لذلك، كان الفريق الهندسي يبحث عن ركيزة خفيفة الوزن ومرنة ومتينة. أصبح القماش هو الخيار الأمثل – فقد وفر مقاومة للتآكل وإضافة القليل من الوزن .

تم التعرف على نسيج Dyneema المركب على أنه المادة المثالية، حيث يزن المتر المربع منه 13 جرامًا فقط. هذا النسيج مصنوع من ألياف شديدة القوة لدرجة أنه تم استخدام حبال مصنوعة منه لرفع السفينة السياحية الغارقة Costa Concordia من قاع البحر الأبيض المتوسط ​​في عام 2013.

يتم توصيل الألواح الشمسية بالنسيج باستخدام طبقة رقيقة من الغراء فوق البنفسجي. والنتيجة هي بناء فائق الخفة ومتين للغاية.

علق مايوران سارافانابافانانثام، وهو طالب دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر قائلا: “قد يبدو من السهل طباعة الخلايا الشمسية مباشرة على القماش”. “لكن هذا سيحد من اختيار المواد والأسطح المحتملة الأخرى التي يمكنها أيضًا تحمل المعالجة الكيميائية والحرارية اللازمة. مثل هذا النهج من شأنه أن ينقل الخلايا الشمسية بعيدًا عن اعتمادها على نطاق واسع “.

المشكلة الأخيرة

فاقت نتائج اختبار الخلايا الشمسية الجديدة كل التوقعات. يمكن لبطارية كيلوغرام أن تولد 730 واط من الطاقة عند وضعها بمفردها، و 370 واط عند وضعها على قماش Dyneema. حتى في الحالة الأخيرة، فإن كفاءة الطاقة للخلايا الجديدة أعلى بـ 18 مرة من كفاءة الألواح الشمسية التقليدية.

اختبر العلماء متانة الأجهزة كذلك. فوجدوا أنه بعد 500 لفة من الألواح الشمسية المصنوعة من القماش، احتفظت بأكثر من 90٪ من قدرتها الأصلية على توليد الطاقة.

ومع ذلك، يواجه العلماء مشكلة أخرى. على الرغم من أن الخلايا الشمسية الجديدة أخف وزنًا وأكثر مرونة من الخلايا التقليدية، إلا أنها لا تزال بحاجة إلى الحماية من التأثيرات البيئية. عند صناعتها يستخدمون مادة عضوية تعتمد على الكربون، وهي عرضة للتعرض المطول للهواء والرطوبة.

يعتبر الزجاج الحماية المثالية لذلك، لكن استخدامه سيقلل من قيمة الخلايا الشمسية الجديدة. لذلك يقوم فريق في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا حاليًا بتطوير عبوات رقيقة للغاية من شأنها زيادة وزن الأجهزة فائقة الخفة بشكل طفيف وتسريع الوقت اللازم لتسويق التكنولوجيا الجديدة.

المصدر

Total
0
Shares
اترك تعليقاً
منشورات مماثلة
إعادة تعيين كلمة المرور
كلمة مرور جديدة