لقد وجد الباحثون الإلهام في بنية بتلات الورد لتحسين كفاءة الألواح الشمسية
بواسطة: أوفير ماروم
في عملية التمثيل الضوئي في النباتات، يمتص سطح النبات الطاقة التي تأتي من الشمس، ويتحول إلى شكل جديد من الطاقة. ويحدث شيء مماثل في العملية الكهروضوئية، حيث يضرب إشعاع الشمس اللوحة الشمسية ويحولها إلى طاقة كهربائية. وكما هو الحال في عملية التمثيل الضوئي في النباتات، فإن الهدف في الألواح الشمسية هو استخدام نفس الطاقة بأقصى قدر من الكفاءة. للقيام بذلك، تحتاج إلى استخدام نطاق واسع من طيف ضوء الشمس، بالإضافة إلى القدرة على التقاط الضوء عندما يأتي من اتجاهات مختلفة أثناء حركة الشمس طوال اليوم. ولذلك، فمن المنطقي للعلماء أن يتطلعوا إلى الطبيعة للحصول على الإلهام لأفكار جديدة لتصميم الألواح الشمسية.
لقد فعل الباحثون في جامعة KIT في ألمانيا ذلك بالضبط. أولاً، قاموا بدراسة قدرة سطح النباتات المختلفة على امتصاص وعكس أشعة الضوء التي تصيبها. وبرزت بتلات زهور الورد بقدرة عالية على امتصاص الضوء، ولذلك تم اختيارها كمرشحات جيدة لمزيد من البحث. ومن خلال الفحص الدقيق للبتلات تحت المجهر الإلكتروني، وجد أن خلايا البشرة، أي سطح البتلات، مغطاة بنتوءات مجهرية بكثافة كبيرة ولكن دون أي ترتيب معين. لم تكن النتوءات نفسها ناعمة، ولكنها كانت أيضًا مغطاة بشكل عشوائي بأضلاع نانومترية. وافترض الباحثون أن الشكل المميز للسطح يرتبط بقدرة البتلات العالية على امتصاص الضوء. وفي الخطوة التالية، قرر الباحثون فحص ما إذا كان من الممكن نسخ هذا النمط بشكل مصطنع لطلاء الألواح الشمسية. وللقيام بذلك، تم تغليف البتلات ببوليمر قائم على السيليكون. وبعد أن يتصلب البوليمر، تم إنشاء قالب، حيث سكب الباحثون فيه غراءًا بصريًا يتصلب عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية. في نهاية العملية، تم الحصول على فيلم رقيق، وهو نسخة طبق الأصل من سطح البتلات.
تم وضع الفيلم فوق لوح شمسي خضع لسلسلة من اختبارات الأداء. وفي نهاية الاختبارات تبين أن الفيلم الذي صنعه الباحثون أدى إلى تحسين كفاءة توليد الكهرباء للوحة بنسبة 12% عندما يسقط الضوء على اللوحة بزاوية قائمة، بينما عندما يسقط الضوء على اللوحة من الجانب (بزاوية قائمة) زاوية 80 درجة) أدى الفيلم إلى تحسين الكفاءة بنسبة 44%!. وأظهرت الدراسة أن البنية الوعرة الموجودة على سطح البتلات تساعد على تركيز الضوء الوارد وتوجيهه إلى عمق السطح، حيث يتحول إلى نوع جديد من الطاقة. إن السعي إلى تطوير تكنولوجيا فعالة، تجعل من الممكن تحويل أكبر قدر ممكن من الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية، يشغل العديد من الباحثين في جميع أنحاء العالم. العديد من الحلول الحالية مكلفة للغاية بحيث لا يمكن أن تصبح تجارية. اليوم، من الناحية العملية، تعمل الألواح الشمسية بكفاءة لا تتجاوز بضع عشرات من المائة في المتوسط (الرقم القياسي العالمي هو 34.5٪). إن الإضافة التي يتم الحصول عليها من خلال تغطية الألواح بطبقة تحاكي آلية البتلات هي حل أنيق وبسيط نسبيا لإنتاج المزيد من الطاقة من التكنولوجيا الحالية.
الى مصدر الخبر
تعليقات 3
إنها فكرة عبقرية لإيجاد الإلهام في الزهور، فمن المنطقي أن السطح غير الأملس والخشن سيمتص المزيد من الضوء بزوايا مختلفة ويمتص المزيد من الطاقة في اللوحة. أما ما تتكون منه اللوحة فهو أمر آخر
منذ حوالي 10 سنوات، تم تطوير لوحة شمسية قائمة على السيليكون تسمى Black Silicon، هيكل السطح هو نفسه تمامًا مع التحميص الأعلى. العمل العلمي جميل جداً ومناسب لمشاريع أخرى، ولكن من هنا إلى لوحة شمسية فعالة المسافة كبيرة، كما يستخدم Black Silicon نطاق الأشعة تحت الحمراء المنخفض. ليس هنا.
ما لا أفهمه هو ما إذا كانوا لا يرون عمل العلماء الآخرين ويتحققون مما إذا كان من الممكن دمج التكنولوجيا في لوحات أكثر تقدمًا.
وبالطبع بعد النشر سنتحقق مما إذا كانت التكنولوجيا مناسبة لألواحنا التي قمنا بتطويرها والتي تصل حاليا إلى 34% في المختبر (الإعلان عن الإنجاز سيكون بعد عام تقريبا).
لم أقرأ المنشور الأصلي، ولكني أتساءل عما إذا كان التحسن تم قياسه على لوحة ناعمة أو على لوحة ذات طلاء مضاد للانعكاس مختلف.