خلايا شمسية تحتوي على السيراميك قد تحدث ثورة في إنتاج الكهرباء

كشف تقرير حديث عن أهمية الخلايا الشمسية التي تحتوي على مادة السيراميك بديلاً عن السيليكون كونها أقل تكلفة وأكثر إنتاجاً للكهرباء وتوفيراً للمساحة.

ويعود اكتشاف المادة التي قد تحدث ثورة في عالم الطاقة الشمسية إلى عام 2015 على يد باحثين من المعهد الفيدرالي السويسري للتقنية في زيورخ “إي تي اتش زيورخ” (ETH Zürich).

خلايا شمسية تحتوي على السيراميك

ومن دون السيليكون يمكن أن تضع خلايا الطاقة الشمسية باستعمال السيراميك حداً للألواح الشمسية التي يتطلب تصنيعها مواد نادرة وعمليات مكلفة.

ويمكن لخلايا السيراميك الجديدة أن تكون أكثر كفاءة من الألواح الشمسية الحالية بنحو ألف مرة وبفضلها يتوقع العلماء أن يحل ذلك الوقت الذي يكون فيه إنتاج الكهرباء النظيفة مجانياً تماماً.

ويتألف السيراميك الشمسي من مكونين رئيسين أولهما مادة تمتص الضوء والآخر مادة موصلة للكهرباء ويستعمل أكسيد الألومنيوم وجزيئات نانوية من مادة البيروفسكايت بوصفها طبقة تمتص أشعة الشمس.

وفق تقرير لمنصة “إيكو نيوز” (ecoticias) يتم دمج جزيئات البيروفسكايت في أكسيد الألومنيوم الذي يحميها من تقلبات الحرارة والرطوبة وأيّ من أشكال الضغط الميكانيكي.

وعندما يسقط ضوء الشمس على السيراميك تستقبله الإلكترونات الموجودة داخل جزيئات البيروفسكايت النانوية وفي المرحلة التالية تنتقل الإلكترونات إلى بلورات أكسيد الألومنيوم التي تعمل بوصفها ممرات داخل مادة السيراميك لنقل الإلكترونات على سطحه وإنتاج التيار الكهربائي.

وبالمقارنة بعدد من الجوانب الأساسية تكون الخلايا الشمسية التي تحتوي على مادة السيراميك أكثر فاعلية من نظيرتها التي تستعمل مادة السيليكون.

وتساعد بنية السيراميك ومساميّته في احتجاز أشعة الشمس والاحتفاظ بها في كل جزء من المادة والوصول إلى درجة حرارة التفاعل الضرورية عند 1500 درجة مئوية.

أقوى بأكثر من ألف مرة من الألواح الشمسية التقليدية

وبحسب التقرير فالألواح الشمسية المعتمدة على مادة السيراميك قادرة على إحداث ثورة في صناعة الطاقة الشمسية والطريقة التي تستهلك بها إذ إنها أقوى بأكثر من ألف مرة من الألواح الشمسية التقليدية ما يؤكد كون احتمالات استعمالها هائلة ومؤثرة.

ويتحقق ذلك من خلال قدرة الخلايا الشمسية المحتوية على السيراميك في توليد إلكترونات بصورة مجانية تقريباً ما يسمح لعدد أكبر بالوصول إلى الطاقة النظيفة وخاصة غير القادرين على الاستثمارات الباهظة التي تتطلبها أنظمة الطاقة المتجددة.

استعمالات تقنية خلايا شمسية تحتوي على السيراميك

ويمكن تطبيق تقنية الخلايا الشمسية التي تحتوي على السيراميك في بعض الصناعات الضخمة بغرض كهربتها ومنها صناعات الصلب والإسمنت.

والخلايا الشمسية التي تستعمل السيراميك ليست مصممة لدعم الاستهلاك الذاتي وإنما للبنايات إيجابية الطاقة التي تنتج كهرباء أكثر مما تستهلك وهو ما كان في وقت ما مستحيلاً.

والآن تمكن الخبراء من إحياء الحلم مجدداً في ظل ظروف خاضعة للرقابة لكن مازال تسويق النموذج التجريبي متأخراً مستغرقاً وقتاً أطول.

وبإمكان تلك الخلايا الشمسية أن تُحدث ثورة في تسقيف المنازل إذ تسمح طبقة السيراميك المزودة بجزيئات النانو ذات القطر المحدد بتقليل الأشعة تحت الحمراء التي ترفع درجة حرارة السقف.

كما تحمل الألواح ميزات الأسقف التقليدية ومتانتها مع قدرتها على إنتاج الكهرباء المجانية وتحسين عزل الحرارة.

مفاعل شمسي

وباستعمال تقنية الرسم ثلاثي الأبعاد على مادة السيراميك طوّر باحثو المعهد السويسري في تشرين الأول من العام الماضي 2023 قلب مفاعل شمسي لإنتاج أنواع وقود سائلة خالية من الكربون من ضوء الشمس والهواء مثل الكيروسين الشمسي المستعمل في صناعة الطيران.

ويعمل المفاعل الشمسي من خلال جمع ضوء الشمس بوساطة مرآة مقعرة وبينما تتضمن بنية الاختراع هياكل من السيراميك مرتبة هرمياً مطبوعة بوساطة الرسم ثلاثي الأبعاد يفتح السطح في مواجهة الشمس ويضيق في الناحية الخلفية للمفاعل ليحصر الحرارة داخله.

ونتيجة لذلك وبحسب الاختبارات الأولية يكون كامل بنية المفاعل قادراً على الوصول لدرجة حرارة التفاعل عند 1500 درجة مئوية بسبب تركيز أشعة الشمس.

وعندما تنقل أشعة الشمس بكفاءة إلى داخل المفاعل بوساطة الأجزاء المرسومة بالتقنية ثلاثية الأبعاد يكون إنتاج الوقود الشمسي الخالي من الكربون بمقدار مرتين عن الطرق التقليدية السابقة.