تقنية سعودية جديدة تزيد الطاقة الإنتاجية للخلايا الشمسية في السعودية 12.9%
طور فريق من الباحثين بجامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية "كاوست"، ومدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية "كاكست"، مادة مركبة جديدة تحسن أداء الخلايا الشمسية.
الخلايا الشمسية المزودة بهذه المادة "بعد تشغيلها لعدة أسابيع في صحراء المملكة"، أظهرت قدرة إنتاجية أعلى وعمرا تشغيليا أطول مقارنة بالخلايا غير المزودة بها. كما أن المادة منخفضة التكلفة في التصنيع، وتسهم في تقليل تكاليف صيانة الخلايا الشمسية. ونشرت الدراسة في المجلة العلمية Materials Science and Engineering: R
الطاقة الشمسية تعد جزءا أساسيا من التزام السعودية بالوصول إلى اقتصاد خال من الانبعاثات الكربونية، لكنها تواجه تحديات كبيرة، فالألواح لشمسية التجارية تحول 20% فقط من أشعة الشمس إلى كهرباء، في حين يمتص الباقي كحرارة أو يعكس بعيدا، وهذا التحويل غير الفعال للطاقة لا يعد المشكلة الوحيدة، فالحرارة المرتفعة تقلل من أداء وكفاءة الخلايا الشمسية وتُقصر عمرها، ما يستلزم استبدالها بسرعة، ولهذا فإن التبريد ضروري، إلا أن أنظمة التبريد التقليدية كالمراوح والمضخات تستهلك طاقة كهربائية، أما التبريد السلبي فلا يحتاج إلى كهرباء.
البروفيسور تشياو تشيانغ غان من كاوست الذي قاد الدراسة، قال "نحن متخصصون في المواد النانوية التي تتيح التبريد السلبي. وهي مواد رقيقة يمكن وضعها على أنظمة متعددة تتطلب التبريد كالبيوت الزجاجية الزراعية والخلايا الشمسية، دون التأثير في أدائها".
في هذه الدراسة التي نُفذت عبر مركز التميّز في الطاقة المتجددة وتقنيات التخزين (CREST) في كاوست، طّور غان وزملاؤه مادة مركبة تمتص رطوبة الهواء في الليل، وتُطلقها خلال النهار. ووجد العلماء أن تغطية الخلايا الشمسية بهذه المادة – عند تشغيلها في المناطق الساحلية بالمملكة لأسابيع – ساعد على إبقائها باردة، مما زاد كفاءتها التشغيلية وأطال عمرها. كما أسهم التبريد السلبي في تقليل تكلفة توليد الكهرباء من هذه الخلايا بنسبة 18%.
وللتأكيد على فاعلية التقنية في مختلف الظروف المناخية، أجريت تجارب إضافية في مناطق باردة ورطبة من أمريكا في أثناء هطول الأمطار، وأثبتت التقنية فاعليتها في البيئات جميعها، وقد اختبر البروفيسور غان المادة الجديدة على خلايا شمسية قدّمها البروفيسور ستيفان دي وولف من كاوست، والذي يحقق فريقه البحثي بانتظام أرقام قياسية عالمية في أداء الخلايا الشمسية بفضل تصميماتهم المتخصصة.
البروفيسور عبدالرحمن البدري كبير الباحثين في معهد تقنيات أشباه الموصلات والإلكترونيات الدقيقة بكاكست، بين أن هذه الدراسة تتواكب مع دور کاكست في تحقيق مستهدفات رؤية المملكة 2030 في قطاع الطاقة، والتي تهدف إلى رفع حصة الطاقة المتجددة في إجمالي إنتاج الكهرباء، مضيفا "أثبتت المادة المطورة فاعليتها في تطبيقات الخلايا الشمسية بشكل عام، وخصوصا في أنظمة الخلايا المركزة التي تم تطويرها داخل مختبرات كاكست، حيث تكون درجة الحرارة للخلايا عالية جدا بسبب تركيز الضوء، مضيفًا أن لهذه المادة تطبيقات أخرى، مثل استخدامها في البواعث الضوئية، التي تعاني عادة من انخفاض الكفاءة عند ارتفاع درجات الحرارة، وقد تم إجراء دراسات أولية على هذه التطبيقات وأظهرت نتائج واعدة".
الدكتور عبدالله المقبل الباحث في معهد الإلكترونيات الدقيقة وأشباه الموصلات ومدير مركز التميز في الضوئيات والإلكترونيات بكاكست، أكد أن كاكست بصفتها مختبرا وطنيا، تولي أهمية كبيرة للأبحاث التي ثُجري في مختبرات الغرف النقية، بما يتماشى مع الأولويات الوطنية في مجالات الطاقة والصناعة، مضيفا "المادة المطورة تعد حلا منخفض التكلفة لمواجهة تحديات التبريد في مشاريع الطاقة الشمسية في المملكة والعالم، كما تفتح آفاقا واسعة لتطبيقها في تقنيات الإضاءة والليزر".
يذكر أن مركز التميز في الطاقة المتجددة وتقنيات التخزين، هو أحد مراكز التميز البحثية الأربع التي أطلقتها كاوست مدفوعة بإستراتيجيتها الجديدة التي تركز على الأولويات الوطنية في المملكة وهي الذكاء الاصطناعي التوليدي، الأمن الغذائي، الطاقة المتجددة وتقنيات التخزين، والصحة الذكية.
