للخلايا الشمسية نقطة ضعف: كلما اشتدّ سطوع الشمس ازدادت حرارتها، والخلايا الساخنة تفقد كفاءتها. وقد وجد مشروع NANOSPLIT الممول من الاتحاد الأوروبي طريقة للالتفاف على ذلك – سوائل نانوية هجينة مصنوعة من صفائح أكسيد الزنك وجسيمات الذهب النانوية، تعمل بوصفها مرشحات ضوئية ذكية. يتحول جزء من ضوء الشمس إلى كهرباء، بينما يصبح الباقي حرارة مفيدة للماء الساخن أو تدفئة المباني – وفي النهاية يمكنك أن تختبر كيف تستخدم أنت الطاقة.
بدأ مشروع NANOSPLIT الممول من الاتحاد الأوروبي عام 2021 بهدف تحسين الأنظمة الكهروضوئية الحرارية المركّزة (PV-T). تولّد هذه التصاميم الهجينة الكهرباء والحرارة عالية الدرجة في الوقت نفسه.
وتعمل عن طريق عدسات أو مرايا تركّز ضوء الشمس على مساحة صغيرة من الخلية الشمسية، بينما تُلتقط الحرارة الزائدة الناتجة عن ذلك بدلًا من أن تضيع هدرًا.
لأنظمة PV-T التقليدية نقطة ضعف. فعند ارتفاع شدة الإشعاع الشمسي ترتفع درجات الحرارة أيضًا – والخلايا الكهروضوئية الساخنة تفقد كفاءتها.
وقد عالج NANOSPLIT هذه المشكلة بابتكار مجزّئات طيفية قائمة على السوائل النانوية. تقوم هذه المجزّئات بترشيح ضوء الشمس الوارد: فتوجّه الأطوال الموجية الأكثر فائدة إلى الخلايا الشمسية، وتمتص الأطوال الموجية غير المستخدمة التي تولّد الحرارة. ويمكن بعد ذلك استخدام هذه الحرارة في التطبيقات الحرارية مثل الماء الساخن المنزلي أو تدفئة المباني.
يكمن اختراق المشروع في السوائل النانوية الهجينة المكوّنة من صفائح أكسيد الزنك وجسيمات الذهب النانوية. وهي معًا تعمل كمرشحات ضوئية ذكية.
داخل المرشّح ينقسم ضوء الشمس إلى مسارين:
باختصار، يذهب كل جزء من الطيف الشمسي إلى حيث يكون أكثر فائدة، بدلًا من أن يضيع داخل الخلايا في صورة حرارة غير مرغوب فيها.
عرض الفريق نتائجه في مؤتمر ECOS 2024 في رودس باليونان. ومشاركة النتائج في لقاء دولي خطوة مهمة لأي تقنية طاقة جديدة، لأنها تضع الفكرة أمام خبراء آخرين يعملون على مشكلات مماثلة.
انتهى NANOSPLIT عام 2023، لكن القصة لم تنتهِ عند ذلك. فالفريق يتعاون مع شركاء أوروبيين وهنود في مواصلة التطوير.
ويركّز أحد مسارات البحث على سوائل نانوية من نقاط الكربون يمكن «ضبطها» على أطوال موجية محددة من الضوء. وفي الوقت نفسه، تستكشف شركة Solar Flow، وهي شركة منبثقة عن إمبريال كوليدج لندن (Imperial College London)، تطبيقات الحرارة الصناعية عالية الدرجة.
يُظهر ذلك كيف يمكن لمشروع بحثي أن يقود إلى عدة اتجاهات جديدة في آن واحد: مواد جديدة في المختبر وشركة تبحث في الاستخدامات الصناعية.
يلخّص كريستوس ماركيديس (Christos Markides)، منسّق المشروع في إمبريال كوليدج لندن، النتيجة قائلًا: «أثبت NANOSPLIT بنجاح كيف تفتح حلول الإدارة البصرية والحرارية المتقدمة الباب أمام تقنيات شمسية من الجيل القادم».
بالنسبة إلى طلبة الفيزياء أو علوم المواد أو هندسة الطاقة، يُعدّ NANOSPLIT مثالًا جيدًا على كيفية التقاء البصريات والكيمياء والديناميكا الحرارية في جهاز واحد.
تتفوق أنظمة PV-T الهجينة بالفعل على الأنظمة الكهروضوئية أو الشمسية الحرارية المستقلة، لأن كفاءتها الإجمالية أعلى. وبتجزئة الطيف دفع NANOSPLIT هذه الميزة إلى أبعد، إذ يستفيد من الطيف الشمسي كله مع إبقاء الخلايا عند درجات حرارة أقل.
وجد NANOSPLIT طريقة للالتفاف على نقطة الضعف الرئيسية في أنظمة PV-T المركّزة: ارتفاع حرارة الخلايا الشمسية. فسوائله النانوية الهجينة المصنوعة من صفائح أكسيد الزنك وجسيمات الذهب النانوية تفصل ضوء الشمس، فترسل الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة إلى الخلايا، والأطوال الموجية فوق البنفسجية وتحت الحمراء إلى المكوّنات الحرارية. وانتهى المشروع عام 2023، ويتواصل العمل على السوائل النانوية من نقاط الكربون وعلى تطبيقات الحرارة الصناعية.
5 أسئلة · دقيقة واحدة
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文