على مر العصور، لطالما ألهمت الطبيعة إبداع الإنسان، ولعل أحدث مصادر الإلهام هذه المرة في التكنولوجيا، التي ستجعلنا نودع الألواح الشمسية بهيئتها المستطيلة إلى أوراق الشجر.
هل أوراق الشجر أفصل من الألواح الشمسية؟
الجيل القادم هو الألواح الشمسية الذي سيكون من الخلايا الكهروضوئية. ويتميز بتصميم على شكل ورقة شجر يحاكي تمامًا نمط امتصاص الطبيعة للطاقة الشمسية. بحسب “ecoportal”.
تحول الخلايا الكهروضوئية طاقة الشمس الحرارية إلى طاقة، ومع ذلك، وفقًا لشركة EcoFlow، فإن الخلايا الكهروضوئية المستطيلة التقليدية تواجه تحديات، منها انخفاض كفاءتها.
ومن حسن الحظ، صمم فريق بحثي من “إمبريال كوليدج لندن”، خلية كهروضوئية على شكل ورقة شجر تحاكي نباتات الطبيعة.
على سبيل المثال، سيتفوق هذا التصميم الأحدث على جميع التصاميم الأخرى. ونشرت الدارسة البحثية، بعنوان “ورقة كهروضوئية هجينة متعددة الأجيال، عالية الكفاءة، مستوحاة من النباتات الحيوية”، في مجلة Nature Communications.
يتمتع هذا التصميم المبتكر بإمكانات هائلة؛ لتحسين أداء الألواح الشمسية بشكل كبير، مع ضمان الفعالية من حيث التكلفة والعملية.
الخلية الكهروضوئية أفضل من الألواح الشمسية
بينما تفوم هذه الفكرة المبتكرة على محاكاة انتقال الماء من جذور النبات إلى أطراف أوراقه. وقد صمم فريق البحث خلية كهروضوئية على شكل ورقة لمحاكاة هذه العملية. حيث ينتقل الماء ويتوزع ويتبخر عبرها.
تحتوي الخلية أيضًا على ألياف طبيعية تحاكي عروق الأوراق، وهيدروجيلات تعمل كخلايا إسفنجية لإزالة الحرارة الزائدة من الخلية الكهروضوئية بكفاءة وبتكلفة معقولة.
علاوة على أن هناك دراسات مختلفة خلصت إلى أن الخلايا الكهروضوئية على شكل ورقة الشجر قادرة على إنتاج طاقة إضافية تزيد على 10% مقارنةً بالألواح الشمسية التقليدية المستطيلة. إذ تفقد هذه الأخيرة عادةً ما يقارب 70% من الطاقة الواردة إلى البيئة.
قد أظهرت تجارب الفريق أن حوالي 590 واط/م² من الحرارة قد تمت إزالتها من الخلية ذات شكل ورقة الشجر. مما أدى إلى انخفاض درجة حرارتها بنحو 26 درجة مئوية تحت إضاءة 1000 واط/م². ونتيجةً لذلك، زادت كفاءة الخلية بنحو 13.6%.
وإلى جانب هذه الميزة الواضحة المتمثلة في زيادة الكفاءة والطاقة، تتمتع الخلايا الكهروضوئية على شكل ورقة الشجر بمزايا أخرى أيضًا. هذه الخلايا الكهروضوئية ستُغير المستقبل.
وفي الوقت نفسه فإن تنفيذ هذا التصميم المبتكر على شكل ورقة شجر يمكن أن يساعد على تسريع التحول العالمي في مجال الطاقة.
الطاقة النظيفة في المستقبل
وفي هذا الشأن، أشار ملخص الدراسة إلى أن الخلية الكهروضوئية الهجينة متعددة الأجيال، على شكل ورقة، مصنوعة من مواد صديقة للبيئة واقتصادية وسهلة المنال.
على أن يسهم هذا التصميم على استخدامها في:
- وحدات التحكم.
- المواد المسامية باهظة الثمن.
- المراوح، والمضخات.
علاوة على ذلك، يوفر هذا على المستهلكين جهدًا ونفقات غير ضرورية. كما توفر الخلايا الكهروضوئية على شكل ورقة الطاقة الحرارية باستخدام الحرارة المستعادة. وتشمل مزاياها الأخرى ما يلي:
- التكيف مع العديد من الظروف الشمسية.
- تحمل درجات الحرارة الجوية.
- إنتاج أكثر من 40 مليار متر مكعب من المياه النظيفة سنويًا.
- زيادة كفاءة استخدام الطاقة الشمسية الإجمالية بنسبة 74.5%.
وفي هذا السياق، حددت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ “IPCC” مهمة عالمية للوصول إلى انبعاثات كربونية صفرية بحلول عام 2050. وهو ما لاقى قبولًا واسعًا في إطار جهد مشترك للتخفيف من آثار تغير المناخ.