الألواح الشمسية... طاقة العصر وكفاءة المستقبل

أصبح مشهد الألواح الشمسية المثبتة على أسطح المنازل ومزارع الطاقة الكبيرة أمراً شائعاً في عديد من المناطق حول العالم، وهذا الارتفاع في الطاقة الشمسية مدفوع بتطورين رئيسين، أولهما يتمثل بصناعة الألواح الشمسية بكميات هائلة، وثانيهما بالزيادة المستمرة في كفاءة تحويل الطاقة للألواح، وهو مقياس لمقدار ضوء الشمس الذي يمكن تحويله إلى كهرباء.
تحول الألواح الشمسية المتاحة تجارياً اليوم نحو 20 إلى 22 في المئة من ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية، ومع ذلك، أظهرت دراسة بحثية جديدة نشرت في مجلة "نايتشر" العلمية أن الألواح الشمسية المستقبلية قد تصل كفاءتها إلى 34 في المئة من خلال استغلال تقنية جديدة تسمى الخلايا الشمسية الترادفية.
ما هي الخلايا الشمسية الترادفية؟
تُصنع حالياً جميع الألواح الشمسية تقريباً من السيليكون، وفي حين أن السيليكون مادة ناضجة وموثوقة، فإن كفاءتها محدودة بنحو 29 في المئة.
للتغلب على هذا العائق، لجأ فريق من الباحثين في شركة الطاقة الصينية العملاقة "لونجي" إلى الخلايا الشمسية الترادفية، والتي تكدس مادتين شمسيتين فوق بعضهما البعض لالتقاط مزيد من طاقة الشمس.
تستعين هذه التقنية الجديدة التي طورتها الشركة الصينية بمواد البيروفسكايت الشمسية، التي اكتشفت قبل أقل من عقدين من الزمن، كمكمل مثالي لتكنولوجيا السيليكون الراسخة، ويمكن لمواد البيروفسكايت التقاط الضوء الأزرق عالي الطاقة بكفاءة أكبر من السيليكون.
ويبذل المجتمع العلمي جهوداً هائلة في الخلايا الشمسية البيروفسكايتية، ولقد حافظوا على وتيرة هائلة من التطوير مع ارتفاع الكفاءة (لخلية واحدة في المختبر) من 14 إلى 26 في المئة في غضون 10 سنوات فحسب، وهذه التطورات كان لها الفضل في الاستفادة من هذه الخلايا ودمجها في الخلايا الشمسية الترادفية عالية الكفاءة، مما يعطينا مساراً إيجابياً لتوسيع نطاق تكنولوجيا الطاقة الكهروضوئية إلى حدود تريليونات الواط التي يحتاجها العالم لإزالة الكربون من إنتاج الطاقة.
انعكاس الخلايا الشمسية الترادفية على الكلفة
يمكن للخلايا الترادفية الجديدة التي حطمت الرقم القياسي أن تلتقط 60 في المئة إضافية من الطاقة الشمسية، وهذا يعني أن هناك حاجة إلى عدد أقل من الألواح لإنتاج الطاقة نفسها، مما يقلل من كلف التركيب والأرض (أو مساحة السطح) المطلوبة للمزارع الشمسية.
تقوم الخلايا الكهروضوئية القائمة على السيليكون اليوم بتحويل نطاق صغير فحسب من الأطوال الموجية الأطول من ضوء الشمس إلى كهرباء. في المقابل يمكن من خلال الخلايا الشمسية الترادفية ضبط البيروفسكايت، وهو مركب أشباه موصلات خفيف الوزن ومنخفض الكلفة، لامتصاص الأطوال الموجية الأقصر من الضوء التي تفوتها الخلايا الشمسية السيليكونية، وعند الجمع، يمكن لطبقة رقيقة من البيروفسكايت فوق خلية شمسية سيليكونية تحويل مزيد من ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام مقارنة بأي خلية بمفردها.
تكمن الحيلة في أن طبقة البيروفسكايت تستخدم النطاق الموجي الكامل للضوء المرئي وتحوله إلى تيار كهربائي، من ناحية أخرى، يخترق ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة طبقة البيروفسكايت، ويضرب الخلية السيليكونية الموجودة تحتها ويتحول إلى طاقة كهربائية، ومن خلال العمل بصورة متناغمة، يزيد ثنائي الخلايا الشمسية من كفاءة تحويل الطاقة إلى أكثر من 30 في المئة، كما من الناحية النظرية، من الممكن تحقيق كفاءة تصل إلى 40 في المئة.

يحتوي هذا القسم على المقلات ذات صلة, الموضوعة في (Related Nodes field)
ووجدت دراسة جديدة نُشرت في المملكة المتحدة حول انعكاس الخلايا الشمسية الترادفية على الأسر البريطانية، أنه مع تحسين كفاءة الألواح من 22 إلى 34 في المئة من دون زيادة كلفة التثبيت، فإن تقليص فواتير الكهرباء سيرتفع من 558 جنيهاً استرلينياً (747 دولاراً) سنوياً إلى 709 جنيهات استرلينية (950 دولاراً) سنوياً، بالتالي فإن زيادة قدرها 27 في المئة في المدخرات النقدية من شأنها أن تشجع الناس أكثر على استخدام الطاقة الشمسية، حتى في بريطانيا التي يسودها الطقس الممطر والغائم.
متى يمكننا شراء هذه الألواح الشمسية الجديدة؟
مع استمرار البحث العلمي، تُبذل جهود كبيرة لتوسيع نطاق هذه التكنولوجيا وضمان متانتها على المدى الطويل، وتُصنع الخلايا الترادفية التي حطمت الأرقام القياسية حالياً في المختبرات وهي أصغر من طابع البريد، لذا تحمل ترجمة هذا الأداء العالي على أرض الواقع تحدياً هائلاً.
وقد أعلنت شركة "أوكسفورد بي في" البريطانية العام الماضي، وهي شركة رائدة في تكنولوجيا البيروفسكايت، عن أول بيع للألواح الشمسية الترادفية التي طورتها، بعد نجاحها في معالجة تحديات دمج مادتين شمسيتين وصنع ألواح متينة وموثوقة، وفي حين لا تزال هذه الألواح بعيدة من مستوى 34 في المئة من الكفاءة، فإن عملهم يظهر طريقاً واعداً للخلايا الشمسية من الجيل التالي.
وهناك اعتبار آخر وهو استدامة المواد المستخدمة في الألواح الشمسية الترادفية، إذ يمكن أن يكون استخراج ومعالجة بعض المعادن في الألواح الشمسية مكثفاً للطاقة، وإضافة إلى السيليكون، تتطلب الخلايا الشمسية البيروفسكايتية عناصر الرصاص والكربون واليود والبروم كمكونات لجعلها تعمل بصورة صحيحة، كما أن ربط البيروفسكايت بالسيليكون يتطلب مواد نادرة تحوي على عنصر يسمى الإنديوم، وتالياً لا يزال هناك الكثير من البحوث المطلوبة لمعالجة هذه الصعوبات.
نحو مستقبل أكثر إشراقاً
وعلى رغم التحديات، تظل المجتمعات العلمية والصناعية ملتزمة بتطوير أجهزة شمسية مترادفة يمكن دمجها في أي شيء تقريباً، وتشير التطورات الأخيرة المتعلقة بالخلايا المترادفة عالية الكفاءة إلى مستقبل مشرق للطاقة الشمسية يضمن استمرارها في لعب دور أكثر بروزاً في التحول العالمي إلى الطاقة المتجددة.
كما أن كفاءة الخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من السيليكون والبيروفسكايت أصبحت الآن في النطاق الذي لم يكن من الممكن تحقيقه في السابق إلا من خلال أشباه الموصلات باهظة الثمن، والتي تستخدم في إمداد الأقمار الاصطناعية بالطاقة وفي محطات الطاقة المركزة.
ومع اختبار تقنية وتصنيع الخلايا الشمسية الترادفية من حيث المبدأ، ستركز الدول في المستقبل القريب أكثر فأكثر على اختبار أداء الخلايا الشمسية الترادفية في بيئات العالم الحقيقي تزامناً مع دعمها لسياسات توسيع صناعة الطاقة الكهروضوئية.

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

المدينة

منذ 2 أيام

• المدينة

التطورات في المجال الفضائي

أحد أبرز الأحداث في عام 2024، كان هبوط المركبة الفضائيَّة اليابانيَّة على سطح القمر؛ ممَّا يُعدُّ إنجازًا مهمًّا في تاريخ الفضاء، هذه المهمَّة تأتي في إطار سعي اليابان لتوسيع استثماراتها في استكشاف الفضاء، حيث تم إطلاق المركبة من أجل جمع عيِّنات من سطح القمر وتحليلها، هذا الهبوط يعكس الطموحات الفضائيَّة المتزايدة للدول الآسيويَّة، ويضع اليابان في مصاف الدول المتقدِّمة في استكشاف القمر.التطوُّرات في استكشاف كوكب المريخ، قد تكون الأكثر إثارة في السنوات الأخيرة، ففي عام 2024 أطلقت وكالة الفضاء الأمريكيَّة «ناسا» مهمَّة جديدة لاستكشاف المريخ، تهدف إلى فهم بيئة الكوكب بشكل أفضل، وإمكانيَّة وجود الحياة فيه، وبالإضافة إلى ذلك، تشهد تقنيات الروبوتات تطوُّرًا سريعًا؛ ممَّا يساعد في إجراء اكتشافات دقيقة في هذا الكوكب البعيد، وقد تمكَّنت أجهزة الاستشعار على سطح المريخ، من إرسال بيانات مثيرة تتعلَّق بوجود المياه في حالتها السائلة في الماضي؛ ممَّا يعزِّز فرص البحث عن علامات حياة سابقة أو مستقبليَّة.أصبح قطاع الفضاء يشهد تحوُّلًا كبيرًا نحو الاستثمارات التجاريَّة، شركات مثل «سبيس إكس»، و»بلو أوريجين»، تواصل دفع الحدود في مجال السفر الفضائيِّ التجاريِّ، حيث أطلقت «سبيس إكس» عدَّة رحلات إلى محطة الفضاء الدوليَّة (ISS)، مع روَّاد فضاء من القطاع الخاص، هذه التحرُّكات تشير إلى أنَّ الفضاء لم يعدْ مجالًا حكوميًّا بحتًا، بل أصبح قطاعًا يمكن للقطاع الخاص أنْ يسهم بشكل كبير في تطويره.تسعى العديد من الوكالات الفضائية الدولية، إلى تقليل تأثيرات استكشاف الفضاء على البيئة الأرضية، فقد تم تطوير تقنيات جديدة، تهدف إلى استخدام الطاقة المتجددة في المحطات الفضائية، مثل الطاقة الشمسية، والتي تساعد في تقليل تكاليف الطاقة، والتقليل من انبعاثات الكربون في الفضاء، بالإضافة إلى ذلك، يتم البحث في طرق لإعادة استخدام المركبات الفضائية لتقليل النفايات الفضائية.في إطار تعزيز التعاون بين الدول في مجال الفضاء، تعمل العديد من الدول الكُبْرى على تنفيذ مشروعات مشتركة، مثال على ذلك، هو التعاون بين وكالة الفضاء الأوروبيَّة (ESA)، ووكالة ناسا في مشروع «أرتيميس»، الذي يهدف إلى العودة إلى القمر بحلول عام 2025، هذا المشروع يتضمَّن بناء قاعدة دائمة على سطح القمر؛ لاستخدامها كنقطة انطلاق لاستكشاف الفضاء العميق.

سعورس

منذ 3 أيام

• سعورس

البصمة الكربونية للمباني.. الفرص والتحديات

تتكون البصمة الكربونية للمباني من مراحل عدة: 1. مرحلة البناء: تشمل استخراج المواد الخام (مثل الأسمنت والصلب)، وتصنيعها، ونقلها إلى موقع البناء. الأسمنت، على سبيل المثال، يُعد من أكثر المواد استهلاكًا للطاقة وإنتاجًا للانبعاثات بسبب العمليات الكيميائية المرتبطة بإنتاجه. 2. مرحلة التشغيل: تتعلق بالطاقة المستخدمة في تدفئة المباني، والتبريد، والإضاءة، وتشغيل الأجهزة الكهربائية. هذه المرحلة غالبًا ما تكون الأكثر تأثيرًا في البصمة الكربونية، خاصة إذا كانت مصادر الطاقة تعتمد على الوقود الأحفوري. 3. مرحلة الهدم وإعادة التدوير: تشمل استهلاك الطاقة في عمليات الهدم، وإدارة النفايات، وإعادة استخدام أو تدوير المواد. التحديات في تقليل البصمة الكربونية 1. ارتفاع تكاليف المواد المستدامة: المواد الصديقة للبيئة، مثل الأسمنت المنخفض الكربون أو الخشب المعتمد، غالبًا ما تكون أغلى من المواد التقليدية، مما يحد من تبنيها في مشاريع البناء. 2. الاعتماد على الطاقة غير المتجددة: في العديد من الدول، لا تزال مصادر الطاقة تعتمد بشكل كبير على الفحم والغاز الطبيعي، مما يزيد من البصمة الكربونية لتشغيل المباني. 3. نقص الوعي والتشريعات: في بعض المناطق، يفتقر المطورون والمصممون إلى الوعي الكافي بأهمية التصميم المستدام. كما أن التشريعات البيئية قد تكون غير كافية أو غير مطبقة بفعالية. 4. التحديات التقنية: تحديث المباني القائمة لتكون أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة يتطلب استثمارات كبيرة وخبرات تقنية. حلول مبتكرة لتقليل البصمة الكربونية 1. التصميم المستدام: يمكن للتصميم المعماري الذكي أن يقلل من استهلاك الطاقة. على سبيل المثال، استخدام النوافذ الكبيرة للإضاءة الطبيعية، والعزل الحراري الفعال، والتهوية الطبيعية يمكن أن يقلل من الحاجة إلى التدفئة والتبريد. 2. استخدام مواد بناء منخفضة الكربون: تشمل هذه المواد الأسمنت المصنوع من مواد معاد تدويرها، والخرسانة الخضراء، والخشب المستدام. كما يمكن استخدام تقنيات الطباعة الثلاثية الأبعاد لتقليل النفايات في أثناء البناء. 3. التحول إلى الطاقة المتجددة: تثبيت الألواح الشمسية أو توربينات الرياح الصغيرة في المباني يمكن أن يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري. 4. إدارة دورة الحياة: اعتماد إستراتيجيات إعادة التدوير وإعادة الاستخدام في نهاية عمر المبنى يساعد على تقليل النفايات والانبعاثات. 5. التكنولوجيا الذكية للمباني: استخدام أنظمة إدارة المباني الذكية التي تراقب استهلاك الطاقة، وتتحكم في الإضاءة والتدفئة بشكل تلقائي، يعزز الكفاءة. تقليل البصمة الكربونية للمباني ليس مجرد خيار بيئي، بل ضرورة ملحة لمواجهة التغيرات المناخية. من خلال الجمع بين التصميم المستدام، واستخدام المواد الصديقة للبيئة، والتحول نحو الطاقة المتجددة، تحتاج الحكومات والشركات والأفراد إلى العمل معًا لتعزيز الوعي، وتطبيق السياسات التي تدعم البناء الأخضر، وهناك ممارسات محلية وعالمية خضراء، مثل تطبيق المعيار الوطني مستدام للمباني أو LEED المعيار العالمي، حيث يمكننا بناء مستقبل أكثر استدامة وازدهارا.

الوطن

منذ 3 أيام

• الوطن

البصمة الكربونية للمباني.. الفرص والتحديات

البصمة الكربونية هي مقياس يعبر عن إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناتجة عن نشاط معين، سواء كان ذلك على مستوى الأفراد والمؤسسات، أو القطاعات. في سياق المباني، تشير البصمة الكربونية إلى الانبعاثات الناتجة من دورة حياة المبنى، بدءًا من تصميمه وتشييده، مرورًا باستخدامه، وصولًا إلى هدمه أو إعادة تدويره. يُعد قطاع البناء والتشييد من أكبر القطاعات المساهمة في الانبعاثات الكربونية عالميًا، حيث يُقدر أنه مسؤول عن نحو 40% من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في العالم. في هذا المقال، سنتناول أهمية تقليل البصمة الكربونية للمباني، والتحديات التي تواجه هذا الهدف، والحلول المبتكرة لتحقيق الاستدامة. تتكون البصمة الكربونية للمباني من مراحل عدة: 1. مرحلة البناء: تشمل استخراج المواد الخام (مثل الأسمنت والصلب)، وتصنيعها، ونقلها إلى موقع البناء. الأسمنت، على سبيل المثال، يُعد من أكثر المواد استهلاكًا للطاقة وإنتاجًا للانبعاثات بسبب العمليات الكيميائية المرتبطة بإنتاجه. 2. مرحلة التشغيل: تتعلق بالطاقة المستخدمة في تدفئة المباني، والتبريد، والإضاءة، وتشغيل الأجهزة الكهربائية. هذه المرحلة غالبًا ما تكون الأكثر تأثيرًا في البصمة الكربونية، خاصة إذا كانت مصادر الطاقة تعتمد على الوقود الأحفوري. 3. مرحلة الهدم وإعادة التدوير: تشمل استهلاك الطاقة في عمليات الهدم، وإدارة النفايات، وإعادة استخدام أو تدوير المواد. التحديات في تقليل البصمة الكربونية 1. ارتفاع تكاليف المواد المستدامة: المواد الصديقة للبيئة، مثل الأسمنت المنخفض الكربون أو الخشب المعتمد، غالبًا ما تكون أغلى من المواد التقليدية، مما يحد من تبنيها في مشاريع البناء. 2. الاعتماد على الطاقة غير المتجددة: في العديد من الدول، لا تزال مصادر الطاقة تعتمد بشكل كبير على الفحم والغاز الطبيعي، مما يزيد من البصمة الكربونية لتشغيل المباني. 3. نقص الوعي والتشريعات: في بعض المناطق، يفتقر المطورون والمصممون إلى الوعي الكافي بأهمية التصميم المستدام. كما أن التشريعات البيئية قد تكون غير كافية أو غير مطبقة بفعالية. 4. التحديات التقنية: تحديث المباني القائمة لتكون أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة يتطلب استثمارات كبيرة وخبرات تقنية. حلول مبتكرة لتقليل البصمة الكربونية 1. التصميم المستدام: يمكن للتصميم المعماري الذكي أن يقلل من استهلاك الطاقة. على سبيل المثال، استخدام النوافذ الكبيرة للإضاءة الطبيعية، والعزل الحراري الفعال، والتهوية الطبيعية يمكن أن يقلل من الحاجة إلى التدفئة والتبريد. 2. استخدام مواد بناء منخفضة الكربون: تشمل هذه المواد الأسمنت المصنوع من مواد معاد تدويرها، والخرسانة الخضراء، والخشب المستدام. كما يمكن استخدام تقنيات الطباعة الثلاثية الأبعاد لتقليل النفايات في أثناء البناء. 3. التحول إلى الطاقة المتجددة: تثبيت الألواح الشمسية أو توربينات الرياح الصغيرة في المباني يمكن أن يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري. 4. إدارة دورة الحياة: اعتماد إستراتيجيات إعادة التدوير وإعادة الاستخدام في نهاية عمر المبنى يساعد على تقليل النفايات والانبعاثات. 5. التكنولوجيا الذكية للمباني: استخدام أنظمة إدارة المباني الذكية التي تراقب استهلاك الطاقة، وتتحكم في الإضاءة والتدفئة بشكل تلقائي، يعزز الكفاءة. تقليل البصمة الكربونية للمباني ليس مجرد خيار بيئي، بل ضرورة ملحة لمواجهة التغيرات المناخية. من خلال الجمع بين التصميم المستدام، واستخدام المواد الصديقة للبيئة، والتحول نحو الطاقة المتجددة، تحتاج الحكومات والشركات والأفراد إلى العمل معًا لتعزيز الوعي، وتطبيق السياسات التي تدعم البناء الأخضر، وهناك ممارسات محلية وعالمية خضراء، مثل تطبيق المعيار الوطني مستدام للمباني أو LEED المعيار العالمي، حيث يمكننا بناء مستقبل أكثر استدامة وازدهارا.