ابتكار أقمشة شمسية لإنتاج الكهرباء

يبدو أن الابتكارات في مجال الطاقة المتجددة على موعد مع ثورة جديدة، مع توصُّل مجموعة علماء إلى أقمشة شمسية مبتكرة، يمكن تثبيتها على أيّ سطح لإنتاج الكهرباء.

وطوّر باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تقنية جديدة، طبعوا من خلالها خلايا شمسية مرنة وقوية، ولكنها أقلّ في السُّمك من شعر الإنسان، وفق تقرير نشره موقع "بي في ماغازين" (PV Magazine9).

ويمكن تثبيت الألواح الجديدة -التي تأتي في شكل أقمشة شمسية خفيفة الوزن- بسهولة فوق أيّ سطح، لتبدو وكأنها ملصق، ولكنها تحوِّل هذا السطح إلى مصدر لإنتاج الكهرباء من الطاقة المتجددة، وفق المعلومات التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.

كمية هائلة من الطاقة

يصل وزن كل قطعة أقمشة شمسية إلى نحو 1% فقط من وزن الألواح الشمسية التقليدية، في حين يمكنها توليد طاقة أكبر بنحو 18 ضعف معدل الكهرباء لكل كيلوغرام.

أقمشة شمسية

طباعة الخلايا الشمسية فوق أقمشة - الصورة من "سميثونيان ماغازين"

وكشف الباحثون عن أن الخلايا الشمسية المصنوعة من أحبار شبه موصلة للمواد النانوية، تستعمل عمليات الطباعة، يمكن توسعة نطاقها بسهولة لتناسب عمليات التصنيع في المناطق الكبيرة.

كما يصل سُمك كل قطعة أقمشة شمسية إلى نحو 50 ميكرونًا، وتُنتج طاقة محددة تصل إلى 370 واط/كيلوغرام، علما بأن سُمك الشعر البشري يبلغ 70 ميكرونًا، وفق ما اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.

ويمكن استعمال الخلايا الشمسية الرفيعة خفيفة الوزن في تطبيقات عديدة محتملة، من بينها الاندماج في أشرعة القوارب، والالتصاق بجانب الخيام، أو حتى تثبيتها على أجنحة الطائرات دون طيار.

ووضع الفريق البحثي الخلايا الشمسية المطبوعة على قماش داينيما -وهو مادة متينة تشبه القماش خفيف الوزن-، ما يجعلها أكثر تحمّلًا، مع احتفاظها في الوقت ذاته بخصائص المرونة والوزن الخفيف.

تقنية حديثة وأكثر كفاءة

قال الباحث بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، كبير مؤلفي التقرير، فلاديمير بولوفيتش، إن المقاييس المستَعمَلة لتقييم التقنية الجديدة التي صممت الألواح على شكل أقمشة شمسية، تقتصر عادة على كفاءتها في تحويل الطاقة، وكلفتها بالدولار لكل واط.

وأضاف بولوفيتش: "وفي الأهمية ذاتها تبرز مسألة التكامل، أي سهولة تكييف التقنية الجديدة، إذ إن القماش الشمسي يتيح مسألة التكامل، ما يمنح قوة دفع إيجابية للعمل الحالي".

وأشار الباحث إلى أن فريقه يكافح من أجل تسريع وتيرة تطبيق الطاقة الشمسية، بالنظر إلى الحاجة الحالية لنشر موارد جديدة للطاقة خالية من الكربون، وفق التصريحات التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.

يُشار إلى أن الخلايا الشمسية التقليدية تُغلّف في أُطر من الزجاج والألومنيوم، ما يفرض قيودًا على المكان الذي تُرَّكب فيه، كما أن سعة تركيبها على السطح تبلغ نحو 8 كيلوواط، ما يضيف 1000 رطل إلى السقف.

في المقابل، تضيف الخلية الشمسية الملصقة على قماش داينيما 44 رطلًا فقط، لتنتج القدر نفسه من الطاقة.

مقاومة اختبارات الإجهاد

قاومت الأقمشة الشمسية الجديدة اختبارات الإجهاد أيضًا، إذ إنها عقب تحريك اللوح المصنوع من أقمشة شمسية أكثر من 500 مرة، ما زالت الخلايا تحتفظ بأكثر من 90% من سعتها الأولية.

يُشار إلى أن فريقًا بحثيًا كان قد أنتج، في عام 2016، خلايا شمسية تستعمل مواد ناشئة من الأغشية الرقيقة اتّسمت بخفّة الوزن، بما يكفي لتستقر أعلى فقاعة صابون.

ومع ذلك، فقد صُنعت الخلايا باستعمال عمليات معقّدة تعتمد على الفراغ، وهي مهمة مكلفة، وتنطوي على تحديات لتوسيع نطاقها.

ولكن الأقمشة الشمسية الجديدة يمكن طباعتها بالكامل، ما يتيح توسيع نطاقها لإنتاج مساحة كبيرة، إذ إنها مصنّعة بأحبار إلكترونية، ويُغلَّف هيكلها عبر قاعدة بفتحة، ترسّب طبقات من المواد الإلكترونية على ركيزة مُعدّة لذلك، وقابلة للغلق.

وباستعمال عملية طباعة شاشة شبيهة بطباعة تصميم قميص على شكل حرف "تي"، يترسّب قطب كهربائي على الهيكل لإكمال وحدة الطاقة الشمسية، ثمّ تُقشّر الوحدة قبل لصقها لاحقًا على القماش لتثبيتها.

متابعات