تصميم قماش مشمع لتوليد الطاقة من الشمس - مقال كلاود
 إدعم  المنصة   
makalcloud
تسجيل الدخول

تصميم قماش مشمع لتوليد الطاقة من الشمس

  نشر في 07 غشت 2018 .

الدكتور دارين ليبومي
أستاذ الهندسة النانوية في جامعة كاليفورنيا –سان دييجو
ترجمة : إبراهيم عبدالله العلو



تكمن إحدى العوائق أمام إمكانيات الألواح الشمسية المولدة للطاقة ومحدودية إستخدامها المادة التي تصنع منها تلك اللواقط.

تشهد الألواح المصنعة من السيليكون إنخفاضاً في السعر بحيث أصبح بإمكانها في بعض المواقع توليد الكهرباء بنفس كلفة الطاقة من الوقود الأحفوري مثل الفحم والغاز الطبيعي. ولكن ألواح السيليكون الشمسية ضخمة الحجم وقاسية وحساسة بحيث يتعذر استخدامها في كل مكان.

تستطيع الألواح الشمسية تقديم الكهرباء في العديد من المناطق في العالم التي لا يتوفر فيها الطاقة الكهربائية بشكل اعتيادي وتوفر الكهرباء لمصابيح القراءة لدى حلول الظلام والطاقة اللازمة لضخ مياه الشرب وتساعد أصحاب الأعمال الصغيرة في القرى وتخدم ملاجئ الكوارث الإسعافية ومخيمات اللجوء. ولكن الهشاشة الميكانيكية والحمولة ومصاعب النقل لإلواح السيليكون تعني أنها ليست البديل الأمثل.

قام فريق البحث في الجامعة وتتبعاً للأعمال والأبحاث سابقة بتطوير ألواح شمسية مرنة ذات فعالية توازي فعالية ألواح السيليكون ولكنها رقيقة وخفيفة الوزن وقابلة للطي.


وهذا النوع من الأجهزة "القماش الشمسي المشمع" يمكن نشره بمساحة غرفة ويولد الكهرباء من الشمس ويمكن طيه ليصبح بحجم ثمرة كريفون ووضعه في حقيبة كتف لأكثر من 1000 مرة قبل أن يتكسر. وبذلت جهود سابقة لصنع خلايا شمسية عضوية أكثر مرونة من خلال جعلها فائقة الرقة ولكن التحمل يتطلب بنية جزيئية تجعل الألواح الشمسية قاسية وقابلة للشد.

أنصاف نواقل سيليكونية

يستخرج السيليكون من الرمل مما يجعله رخيص التكلفة. وبفضل توضع ذراته في مادة صلبة تصبح مادة جيدة نصف ناقلة مما يعني أن ناقليتها يمكن تشغيلها وفصلها باستخدام الحقول الكهربائية أو الضوء.

وبما أنه رخيص ومفيد يصبح السيليكون أساس الرقائق الميكروية ولوحات الدارات في الحواسب والهواتف الخلوية وكافة الإلكترونيات الأخرى التي تنقل الإشارات الكهربائية من مركب إلى آخر. ويشكل السيليكون مفتاح معظم الألواح الشمسية لأنها تستطيع تحويل الطاقة من الضوء إلى شحنات موجبة وسالبة.تتدفق هذه الشحنات نحو الجوانب المعاكسة للخلية الشمسية ويمكن استخدامه كبطارية.

ولكن خصائصه الكيميائية لا تسمح له بالتحول إلى الكترونيات مرنة. لا يمتص السيليكون الضوء بفعالية عالية. وقد تمر الفوتونات عبر لوح السيليكون إذا كان رقيقاً جداً لذلك يجب أن يكون أسمك قليلاً أي حوالي 100 ميكرومتر أي بسماكة ورقة الدولار بحيث لا يضيع أي من الضوء.

أنصاف نواقل الجيل التالي

اكتشف البحاثة أنصاف نواقل أخرى تمتاز بامتصاص الضوء بشكل أفضل. يمكن استخدام مجموعة من المواد تدعى بيروفسكايت لصنع الخلايا الشمسية التي تقارب فعالية خلايا السليكون ولكنها ذات طبقات ماصة للضوء أرق بألف مرة من السماكة اللازمة للسيليكون. ونتيجة لذلك يعمل البحاثة على تصميم خلايا شمسية مصنعة من البيروفسكايت تتمكن من توليد الطاقة للطائرات المسيرة الصغيرة وأجهزة أخرى حيث يكون تخفيض الوزن عاملاً أساسياً في التصميم.

منحت جائزة نوبل في الكيمياء عام 2000 للبحاثة الذين اكتشفوا أولاً كيفية صنع نوع آخر من أنصاف النواقل بالغة الرقة التي تسمى بوليمر النصف ناقل. وهذا النوع من المواد يدعى "نصف ناقل عضوي" لأنه يعتمد على الكربون ويسمى بوليمر لأنه يتكون من سلاسل طويلة من الجزيئات العضوية. تستخدم أنصاف النواقل العضوية على نطاق تجاري اليوم بما في ذلك قطاع المليار دولار الذي يسمى شاشات عرض الديود العضوي الناشر للضوء أو ما يسمى تلفزيونات اولد.


لا تكون أنصاف النواقل المصنعة من البوليمرات شديدة الفعالية في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء مثل فعالية السيليكون أو البيروفسكايت ولكنها أكثر مرونة وشديدة التحمل. تتواجد البوليمرات العادية- وليس نصف الناقلة- في كل مكان في الحياة اليومية فهي الجزيئات التي تشكل النسيج والبلاستيك والدهان. تحمل أنصاف النواقل البوليمرية إمكانية المزج بين الخصائص الإلكترونية للمواد مثل السيليكون مع الخصائص الفيزيائية للبلاستيك.

أفضل ما في العالمين: الجدوى والتحمل

يمتلك البلاستيك العديد من الخصائص تبعاً لبنيته- بما في ذلك المرونة المتوفرة في القماش المشمع والقساوة مثل الألواح التي تشكل هياكل بعض السيارات. تمتلك بوليمرات أنصاف النواقل بنى جزيئية قاسية ويتكون كثير منها من بلورات دقيقة. وهي المفتاح لخصائصها الإلكترونية ولكنها تجعلها هشة للغاية والتي لا تعتبر ميزة مرغوبة للمواد المرنة أو القاسية.

ركز عمل فريقي على تحديد الطرق لإيجاد مواد ذات خصائص جيدة كأنصاف نواقل والمتانة التي يتميز بها البلاستيك سواء كان مرناً أم لا. وسيكون ذلك مفتاح فكرتي لقماش شمسي مشمع أو غطاء وقد يفضي أيضاً إلى مواد للأسقف وبلاط خارجي أو ربما لسطوح الطرقات أو مواقف السيارات.

سيكون هذا العمل مدخلاً لتسخير طاقة ضوء الشمس لأن ضوء الشمس الذي يسطع على الأرض خلال ساعة واحدة يحتوي على طاقة تفوق ما تستعمله البشرية خلال عام كامل.

المصدر:

THE CONVERSATION

Designing a solar tarp, a foldable, packable way to generate power from the sun

By Daren Lipomi

July 31, 2018



   نشر في 07 غشت 2018 .

التعليقات


لطرح إستفساراتكم و إقتراحاتكم و متابعة الجديد ... !

مقالات شيقة ننصح بقراءتها !



مقالات مرتبطة بنفس القسم












عدم إظهارها مجدداً

منصة مقال كلاود هي المكان الأفضل لكتابة مقالات في مختلف المجالات بطريقة جديدة كليا و بالمجان.

 الإحصائيات

تخول منصة مقال كلاود للكاتب الحصول على جميع الإحصائيات المتعلقة بمقاله بالإضافة إلى مصادر الزيارات .

 الكتاب

تخول لك المنصة تنقيح أفكارك و تطويرأسلوبك من خلال مناقشة كتاباتك مع أفضل الكُتاب و تقييم مقالك.

 بيئة العمل

يمكنك كتابة مقالك من مختلف الأجهزة سواء المحمولة أو المكتبية من خلال محرر المنصة

   

مسجل

إذا كنت مسجل يمكنك الدخول من هنا

غير مسجل

يمكنك البدء بكتابة مقالك الأول

لتبق مطلعا على الجديد تابعنا