نهج جديد يجمع بين مزايا التكنولوجيا الكهروضوئية وتكنولوجيا الطاقة الشمسية الحرارية في جهاز بحجم ظفر الإصبع
كل من الطريقتين الأكثر شيوعًا لاستخدام الطاقة الشمسية لها عيوبها. وتبلغ كفاءة الخلايا الكهروضوئية، التي تلتقط فوتونات ضوء الشمس وتحولها إلى كهرباء، 20% فقط. وذلك لأنهم قادرون فقط على استخدام الفوتونات في نطاق ضيق من الأطوال الموجية لإثارة الإلكترونات. تعد الأنظمة الشمسية الحرارية، التي تحول ضوء الشمس إلى حرارة والحرارة إلى كهرباء، أكثر كفاءة لأنها تستخدم طيف الضوء بأكمله وبالتالي تصل إلى نسبة 30٪. ومع ذلك، لا يمكن تخفيضها للاستخدام على سطح المنزل. تشتمل الأنظمة الحرارية الشمسية النموذجية على مجموعة واسعة من المرايا التي تركز ضوء الشمس وتسخن السائل، مما يؤدي في النهاية إلى تشغيل التوربين لتوليد الكهرباء. [الغلايات الشمسية الشائعة في إسرائيل تكتفي بتسخين المياه، ولا تنتج الكهرباء – المحررون.]
وللتغلب على القيود المفروضة على كلتا الطريقتين، ابتكر الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) جهازًا يجمع بين ميزات كليهما ووصفوه في عدد فبراير 2014 من المجلة. طبيعة التكنولوجيا النانوية.
ويسمى الجهاز، وهو بحجم ظفر الإصبع، بجهاز الطاقة الشمسية الحرارية الضوئية. في المرحلة الأولى يقوم الجهاز بإنتاج الحرارة من ضوء الشمس. ويتم ذلك باستخدام أنابيب الكربون النانوية، التي تمتص ضوء الشمس بكفاءة عالية وتحول كامل طيفها تقريبًا إلى حرارة. تنتقل الحرارة إلى البلورة الضوئية، التي تتكون من طبقات من السيليكون وثاني أكسيد السيليكون. عندما تصل البلورة إلى درجة حرارة حوالي 1,000 درجة مئوية، تبدأ في إصدار وإصدار فوتونات، معظمها بالضبط الطول الموجي المناسب للخلية الكهروضوئية المثبتة تحتها. عندما تصطدم الفوتونات بهذه الخلية الكهروضوئية، يتم إنشاء كهرباء.
إن عملية تحويل الضوء إلى حرارة، ثم العودة إلى الضوء وأخيراً إلى الكهرباء، ليست عملية بسيطة. وقد وصل الجهاز حتى الآن إلى نسبة استخدام 3% فقط. لكن "هذه مجرد نقطة البداية"، كما تقول الكاتبة الرئيسية للورقة البحثية، إيفلين إن. وانغ. سيكون مفتاح التقدم هو توسيع نطاق الجهاز. يقول وانغ: «إذا تمكنا من فعل ذلك، فيمكننا تحقيق معدل بقاء على قيد الحياة يزيد عن 20%».
تم نشر المقال بإذن من مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل
