وتعتمد الطريقة التي طورها باحثو التخنيون على عملية وسيطة تتوسط بين ضوء الشمس والخلية الكهروضوئية وتحول فعليا الإشعاع الشمسي إلى ضوء في طيف "مثالي" ينير الخلية الشمسية ويتيح كفاءة تحويل أعلى.
قام الباحثون في التخنيون بتطوير تقنية من شأنها تحسين فائدة الخلايا الكهروضوئية بشكل كبير. تم إجراء البحث، الذي نشر في مجلة Nature Communications، في مختبر Excitonics تحت قيادة البروفيسور المشارك كارمل روتشيلد في كلية الهندسة الميكانيكية. تم عقده بدعم من برنامج الطاقة الكبير (GTEP) ومعهد راسل بيري لتقنية النانو (RBNI) في التخنيون وكجزء من مشروع ERC للمختبر نيابة عن الاتحاد الأوروبي حول أدوات ديناميكية حرارية جديدة للخلايا الشمسية. وقاد البحث طالب الدكتوراه عساف مينور.
الشمس مصدر قوي للطاقة المتجددة. وفي الواقع، فهي المصدر الوحيد للطاقة اليوم الذي يمكن أن يفي باستهلاك الطاقة للجنس البشري، لذا فلا عجب أن يتوسع استخدام الطاقة الشمسية -سواء بالطرق الشمسية الحرارية، التي تحول طاقة الشمس إلى كهرباء. من خلال تحويل أولي للحرارة، وفي الخلايا الكهروضوئية (Photovoltaics) التي تحولها مباشرة إلى كهرباء. ومع ذلك، فإن القيود التكنولوجية المختلفة تحد من كفاءة الخلايا الكهروضوئية.
وبحسب مينور، فإن "الخلايا الكهروضوئية تعرف كيفية الاستخدام الأمثل لمنطقة ضيقة جدًا من الطيف الواسع للضوء الذي توفره الشمس؛ الإشعاع الذي لا يقع في هذا النطاق الضيق يسخن الخلايا ولا يستخدم للكهرباء. وهذه الطاقة المفقودة تحد من الكفاءة القصوى للخلايا الشمسية بحوالي 30%."
وتعتمد الطريقة التي طورها باحثو التخنيون على عملية وسيطة تتوسط بين ضوء الشمس والخلية الكهروضوئية وتحول فعليا الإشعاع الشمسي إلى ضوء في طيف "مثالي" ينير الخلية الشمسية ويتيح كفاءة تحويل أعلى. جاء الإلهام لهذا العمل من التبريد البصري، حيث يتم إعادة انبعاث الضوء الممتص بطاقة أعلى وتبريد المادة. يقول طالب الدكتوراه عساف مينور: "هنا قمنا بتطوير جهاز يفعل الشيء نفسه مع ضوء الشمس". "تصطدم أشعة الشمس في طريقها إلى الخلايا الكهروضوئية بمادة مخصصة قمنا بتطويرها لهذا الغرض، والتي يتم تسخينها بواسطة الإشعاع الشمسي الموجود في النطاق الطيفي غير المستخدم. يتم امتصاص الإشعاع الموجود في النطاق الطيفي الفعال وإعادة انبعاثه وتبريد المادة الوسيطة. يتم حصاد الإشعاع المنبعث بواسطة الخلية الشمسية وتحويله إلى كهرباء. وبهذه الطريقة، يتم أيضًا تحويل "الحرارة المفقودة" إلى كهرباء، والنتيجة: قفزة في الكفاءة القصوى للجهاز من 30%، وهي القيمة المقبولة للأجهزة الكهروضوئية، إلى 50%.
ويشير مانور إلى أن المادة الفريدة يتم تسخينها بواسطة إشعاع الشمس إلى درجة حرارة تبلغ حوالي 700 درجة فقط، أي أقل من نصف درجات الحرارة النموذجية للأجهزة الموجودة من هذا النوع.
البروفيسور المشارك كرمل روتشيلد هو رئيس مختبر إكسيتون ورئيس قسم الهندسة البصرية في كلية الهندسة الميكانيكية في التخنيون، وهو تخصص يجمع بين البصريات الفيزيائية والتصميم البصري الميكانيكي.
يعكف عساف مانور حاليًا على إنهاء دراسته الجامعية الثالثة، والتي حصل خلالها على منحة آدامز الممنوحة لطلاب الدكتوراه المتميزين. مينور، الذي حصل على درجة البكالوريوس في التخنيون (الكهرباء والفيزياء) ودرجة الماجستير في مركز أبحاث الطاقة الشمسية في سدي بوكر، سيغادر قريبًا للحصول على درجة ما بعد الدكتوراه في جامعة ميشيغان.
تعليقات 6
الرد على دوف ونداف. شكوكك لها ما يبررها. فإذا كانت 700 درجة (500 شمس) فيجب أن تكون القاعدة من السيراميك. عند درجة الحرارة هذه، تصبح الشريحة حمراء ويتطلب تبريدها قدرًا كبيرًا من الطاقة. من المحتمل أن تستمر التجربة التي أجروها بضع ثوانٍ حتى تدمر البنية التحتية. وهناك شركات أخرى في العالم وصلت إلى نتيجة أفضل، وهي شركة تابعة لشركة Boeing spectrolab تجاوزت الـ50%. قدم السيليكون الأسود لوحًا شمسيًا بكفاءة 85%. وقدم البروفيسور روزنواكس من جامعة تل أبيب شريحة شمسية بكفاءة 65%. لقد تحققت منه شخصيا. وهو غير مركز. وتبلغ تكلفة كل هذه الأعمال حوالي 100,000 ألف دولار للمتر المربع وأكثر. البروفيسور روتشيلد يعرف كل هذه الأعمال. النجاح لن يكون إلا عندما يصل شخص من هذه المجموعة إلى سعر 250 دولارًا للمتر المربع، فسيكون هو الفائز. أنا فقط أعرف كيفية القيام بذلك. وقد تم تسجيله كبراءة اختراع. اترك التفاصيل وسنقوم بالرد عليك.
نمرود ليس له أرجل! (في الصورة)
ما هو مكتوب "الشمس مصدر قوي للطاقة المتجددة. في الواقع، هو المصدر الوحيد للطاقة اليوم الذي يمكنه تلبية استهلاك الطاقة للجنس البشري" وهذا غير صحيح على الإطلاق. وهناك أشكال أخرى من الطاقة مثل طاقة الرياح والطاقة الكهرومائية والمد والجزر والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة النووية. وفي حالة المد والجزر والطاقة الحرارية الأرضية والنووية، فهذه أشكال من الطاقة لا علاقة لها على الإطلاق بالطاقة الشمسية وتنشأ من الطاقة الكامنة للنوى الذرية وزخم القمر.
ووفقا للشرح المكتوب، يمكننا الحصول على تلميح إلى أن المادة التي تستخدم "الحرارة المفقودة" هي مادة تمتص نطاقا معينا من طيف الأشعة تحت الحمراء. في الملعقة تصل درجة الحرارة إلى 700 درجة ولا ترتفع إلى أعلى.
تعمل نفس المادة على توسيع نطاق فائدة "وحدة الطاقة الشمسية" تلك.
وبغض النظر عما قيل، تخطط الولاية لإنشاء مزرعة للخلايا الكهروضوئية بـ TMA 10\D\10 والتي سيتم بناؤها أيضًا في وسط البلاد. من تعرف؟! ولعل الخلايا الجديدة ستكون جزءا لا يتجزأ من المباني الجديدة التي سيتم تشييدها.
ربما لم أفهم شيئًا أساسيًا، لكن...
"تسخن بواسطة إشعاع الشمس إلى درجة حرارة حوالي 700 درجة فقط"
700 درجة، يبدو (اقرأ) قليلا جدا.
الإنجاز محلي، لكنه بالتأكيد ليس مسألة أولوية علمية، انظر
https://www.ise.fraunhofer.de/en/press-and-media/press-releases/press-releases-2014/new-world-record-for-solar-cell-efficiency-at-46-percent