«الخلايا الشمسية الترادفية»... ما صعوبات انتشارها عربياً؟

العلماء يرون فيها مستقبل الطاقة النظيفة غير المكلفة

الخلايا الشمسية الترادفية تتمتع بمميزات أبرزها الكفاءة العالية (كاوست)
الخلايا الشمسية الترادفية تتمتع بمميزات أبرزها الكفاءة العالية (كاوست)
TT

«الخلايا الشمسية الترادفية»... ما صعوبات انتشارها عربياً؟

الخلايا الشمسية الترادفية تتمتع بمميزات أبرزها الكفاءة العالية (كاوست)
الخلايا الشمسية الترادفية تتمتع بمميزات أبرزها الكفاءة العالية (كاوست)

تكتسب الخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من البيروفسكايت والسيليكون أهمية خاصة، في ظل اتجاه العالم نحو الطاقة النظيفة؛ نظراً لكفاءتها العالية، مقارنة بخلايا السيليكون البلوري التقليدية التي تهيمن على السوق العالمية للخلايا الكهروضوئية.

ويبلغ الرقم القياسي العالمي الحالي لكفاءة الخلايا الشمسية من البيروفسكايت والسيليكون حوالي 32 في المائة؛ ما يعني أن ما يقرب من ثلث الإشعاع الشمسي يتم تحويله إلى طاقة كهربائية. وبالمقارنة، فإن الخلايا الشمسية التقليدية القائمة على السيليكون قادرة حالياً على الوصول إلى حوالي 22 في المائة فقط من الكفاءة.

وتتكون الخلايا الشمسية الترادفية - التي لا تزال قيد التطوير في المختبر ولم يتم تطويرها تجارياً - من طبقتين، إحداهما من البيروفسكايت والأخرى من السيليكون، فيما تتكون الخلايا الشمسية التقليدية المنتشرة تجارياً من طبقة واحدة من السيليكون.

يتضمن تحضير خلايا البيروفسكايت مواد كيميائية قائمة على الرصاص (كاوست)

وتتمتع الخلايا الشمسية الترادفية بمميزات؛ أبرزها الكفاءة العالية، والمرونة في التصميم التي تتيح إمكانية تصميم خلايا شمسية بأشكال وأحجام مختلفة، ما يجعلها ملائمة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك الاندماج في الهياكل المعمارية، بالإضافة إلى الأداء الجيد في ظروف الإضاءة المنخفضة.

ورغم هذه الفوائد، تواجه الخلايا الشمسية الترادفية بعض التحديات مثل استقرارية البيروفسكايت على المدى الطويل ومقاومتها لعوامل التآكل والتقادم، بالإضافة لقِصر العمر الافتراضي، الذي تعمل فرق بحثية حول العالم على إطالته، حتى تصير منافساً للخلايا الشمسية التقليدية.

أرقام قياسية عربية

وفى مسعى لانتشار الخلايا الشمسية الترادفية عربياً، كان لجامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية «كاوست» في المملكة العربية السعودية بصمة فاعلة في الجهود العالمية لتطوير هذه الخلايا. وفي عام 2023، أعلن فريق «كاوست» عن تحقيق رقمين قياسيين عالميين لكفاءة تحويل الطاقة باستخدامها، تبع ذلك تحقيق 5 أرقام قياسية عالمية في العام نفسه، ما يظهر تقدماً سريعاً في تقنية الخلايا الشمسية الترادفية.

وكان أعلى كفاءة تحويل طاقة بهذا النوع حتى شهر مارس (آذار) الماضي حوالي 32.5 في المائة، وسُجلت باسم «مركز هلمهولتز برلين للمواد والطاقة»، لكن فريق «كاوست» وضع قدماً عربية في مجال تطويرها بكفاءة أعلى، ونجح في تجاوز رقم المركز الألماني، بالإعلان في أبريل (نيسان) الماضي عن الوصول إلى نسبة 33.2 في المائة، وبعد مرور نحو شهر أعلنوا عن رقم جديد، وهو 33.7 في المائة. وصادقت مصلحة اختبار الطاقة الشمسية الأوروبية على الرقمين.

الخلايا الشمسية الترادفية لا تزال قيد التطوير في المختبر (كاوست)

وكشف الباحثون في مركز أبحاث الطاقة الشمسية بـ«كاوست» عن خريطة طريق لتطوير الخلايا الشمسية الترادفية وتسويقها؛ ما يمهد الطريق لمستقبل مدعوم بالطاقة النظيفة الوفيرة وغير المكلفة في المملكة العربية السعودية والعالم، ونشرت الدراسة في العدد الأخير من دورية «ساينس».

وتناولت الدراسة جهود الفريق لتحسين كفاءة الطاقة الشمسية لتحقيق أهداف الطاقة الشمسية في المملكة العربية السعودية.

يقول البروفسور ستيفان دي وولف، أحد فريق الباحث بـ«كاوست»، إن من المتوقع أن تتجاوز سوق الخلايا الترادفية من مادتي البيروفسكايت والسيليكون 10 مليارات دولار في غضون عقد من الزمن. وأضاف، عبر موقع الجامعة، أن «كاوست» تمتلك الريادة العالمية في تطوير هذه التقنية الواعدة التي يمكنها توفير طاقة نظيفة ومنخفضة التكلفة يستفيد منها الجميع.

وعن مدى توافر مواد إنتاج الخلايا الشمسية الترادفية في البيئة العربية، يقول الدكتور أركان أيدين، عضو فريق البحث بـ«كاوست» لشبكة «SciDev.Net»، إن خلايا البيروفسكايت الشمسية تنتمي لمجال ناشئ، وهذا يمثل فرصة للدول العربية، بما في ذلك السعودية، لتطوير المواد الخام اللازمة لتصنيع هذه الخلايا.

وأضاف أن تحضير خلايا البيروفسكايت يتضمن مواد كيميائية قائمة على الرصاص مع أملاح عضوية وغير عضوية أخرى تدخل في عملية التصنيع، ومن خلال التركيز على تطوير هذه المواد وإنتاجها، يمكن للدول العربية المساهمة في نمو صناعة البيروفسكايت وسلسلة التوريد المرتبطة بها.

تحديات رئيسية

وحسب خريطة طريق فريق «كاوست»، فإن ترجمة نجاح خلايا البيروفسكايت في المختبر، وتحويل ذلك إلى تطبيقات في العالم الحقيقي يتطلبان دراسة متأنية؛ نظراً للتحديات الرئيسية لتطوير هذه التقنية الحديثة وتسويقها.

ومن بين هذه الأمور التي تقترح الورقة أخذها في الاعتبار هي مراعاة ظروف العالم الحقيقي، مثل درجات الحرارة المتغيرة وكثافة أشعة الشمس، حيث تقترح إجراء اختبارات جغرافية «ميدانية» لتحسين أداء الخلايا الشمسية في مواقع محددة.

في هذا الصدد، أضافت الدراسة أن تسريع اختبارات الاستقرار للخلايا الشمسية هو أيضاً من بين الاعتبارات الأساسية لهذه التقنية، حيث يتعين أن يكون للخلايا الشمسية المنشورة عمر افتراضي يدوم عقوداً، وبسبب ذلك، فإن تسريع اختبارات التدهور والتآكل التي تستغرق سنوات عديدة إلى إطار زمني أقصر بكثير ضروري للغاية، خصوصاً أنها (اختبارات) بالغة الأهمية لتحديد الأسعار والضمانات التنافسية.

وأشارت إلى أن عمليات التصنيع الحالية لتلك الخلايا تنطوي على تكاليف مادية عالية ومواد كيميائية يحتمل أن تكون خطرة، حيث تتطلب احتياطات سلامة مكلفة أيضاً؛ لذا تقترح الورقة نماذج مبتكرة لخطوط الإنتاج والتصنيع الميكانيكية لتحديد فرص خفض التكلفة خلال هذه العملية.

في المقابل، يقول الدكتور أحمد مرتضى السمان الأستاذ بمركز بحوث وتطوير الفلزات في مصر، لـ«الشرق الأوسط»، إن أحد أبرز التحديات التي تواجه تطوير الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت عربياً وعالمياً هي قلة استقرارها، وهذا يعني أن كفاءة تحويل الطاقة في هذه الخلايا تتدهور بمرور الوقت؛ نظراً لحساسية البيروفسكايت للرطوبة، مضيفاً أنه رغم أن هذه الخلايا الشمسية حققت كفاءة تحويل طاقة عالية في المختبر، فإن كفاءتها في التطبيقات العملية لا تزال أقل، كما أن تكلفة تصنيعها لا تزال مرتفعة نسبياً، وتجرى حالياً أبحاث متعددة حول العالم لتحسين كفاءة تلك الخلايا، وتطوير تقنيات تصنيع جديدة تُقلّل من تكلفة إنتاجها.


مقالات ذات صلة

«ميتا» تنهي حظر كلمة «شهيد» بناء على توصيات مجلس الإشراف

العالم «ميتا» ترفع الحظر الشامل الذي فرضته على كلمة «شهيد» (أ.ب)

«ميتا» تنهي حظر كلمة «شهيد» بناء على توصيات مجلس الإشراف

قالت «ميتا بلاتفورمز»، اليوم (الثلاثاء)، إنها سترفع الحظر الشامل الذي فرضته على كلمة «شهيد» العربية.

«الشرق الأوسط» (سان فرانسيسكو)
تكنولوجيا أطلقت «أوبن إيه آي» تطبيق «ChatGPT» لسطح المكتب لأجهزة «Mac» لتوفير وصول سريع وسهل للذكاء الاصطناعي دون الحاجة لاستخدام المتصفح (أوبن إيه آي)

بماذا يتميز تطبيق «شات جي بي تي» للكومبيوتر المكتبي عن الويب؟

الفرق بين استخدام تطبيق «تشات جي بي تي» (ChatGPT) للكومبيوتر المكتبي، واستخدام الخدمة على واجهة الويب، مع التركيز على الفوائد والنصائح.

عبد العزيز الرشيد (الرياض)
تكنولوجيا تتجاوز قيمة الجوائز 60 مليون دولار منها 20 مليوناً لأفضل 16 نادياً وأكثر من 33 مليوناً للفائزين في 20 منافسة رئيسية (كأس العالم للرياضات الإلكترونية)

كأس العالم للرياضات الإلكترونية تنطلق في الرياض

انطلقت اليوم في مدينة الرياض النسخة الأولى من بطولة العالم للرياضات الإلكترونية، التي ستستمر حتى 25 أغسطس 2024 بإجمالي جوائز يتخطى 60 مليون دولار.

عبد العزيز الرشيد (الرياض)
علوم ألبرتو كارفاليو المشرف على مدارس لوس أنجليس يتحدث عن نظام الذكاء الاصطناعي «إد»

برنامج الدردشة الذكي «الصديق» لطلاب المدارس العامة... يسقط

الخبراء ينصحون المدارس باتباع نهج «الانتظار والترقب» لشراء التكنولوجيا الجديدة.

دانا غولدستاين (نيويورك)
تكنولوجيا تقرير «مايكروسفت»: يدرك المحترفون أن هناك فرصاً كبيرة متاحة لأولئك الذين يمتلكون مهارات في مجال الذكاء الاصطناعي (شاترستوك)

«مايكروسوفت»: 75 % من الموظفين يستخدمون الذكاء الاصطناعي لمساعدتهم في إنجاز مهامهم اليومية

تقرير جديد لـ«مايكروسوفت» بالتعاون مع «لينكد إن» يكشف التوجهات الجديدة لتبني الذكاء الاصطناعي في المؤسسات.

نسيم رمضان (لندن)

الذكاء الاصطناعي: تقنية غامضة ذات محتوى متغير وقد تكون متحيّزة

الذكاء الاصطناعي: تقنية غامضة ذات محتوى متغير وقد تكون متحيّزة
TT

الذكاء الاصطناعي: تقنية غامضة ذات محتوى متغير وقد تكون متحيّزة

الذكاء الاصطناعي: تقنية غامضة ذات محتوى متغير وقد تكون متحيّزة

تعمل أدوات الذكاء الاصطناعي على تغيير كثير من الجوانب التي لا تُعَد ولا تُحصى من الحياة الحديثة بسرعة مذهلة، بدءاً من الرؤى الاقتصادية والسلامة العامة، وحتى وسائل التواصل الاجتماعي والمجتمع بشكل عام. ونحن نعلم أنه على الرغم من كل التغيرات التي أحدثتها تقنية الذكاء الاصطناعي حتى الآن، فإنه ما زال هناك مزيد من التغييرات التي ستطرأ في المستقبل.

تساؤلات كبرى

ولذلك، فإن هذه هي اللحظة المناسبة للرد على بعض الأسئلة الكبيرة، مثل: ما هو الذكاء الاصطناعي المسؤول؟ وماذا يعني تصميم خوارزميات أخلاقية؟ وكيف يمكننا تصميم أدوات ذكاء اصطناعي من أجل تحقيق الصالح العام اليوم، لضمان غدٍ أكثر أماناً؟

صحيح أن الإجابة عن هذه الأسئلة ليست بسيطة؛ لكنها ضرورية، فهذا هو ما اتفق عليه فريق من الخبراء خلال جلسة شهدت حلقة نقاشية أجرتها شركة «موتورولا سولوشنز» في قمة الشركات الأكثر ابتكاراً التي نظمتها مجلة «فاست كومباني» في شهر مايو (أيار) الماضي.

مسؤولية أخلاقية وثقة وأمان

وفيما يلي 3 نقاط رئيسية تمت مناقشتها خلال هذه الجلسة:

1- مفاهيم الثقة تعتمد بشكل كبير على السياق. ماذا يعني أن يكون الذكاء الاصطناعي أخلاقياً ومسؤولاً وآمناً وجديراً بالثقة؟ يقول مايكل كيرنز، الباحث في شركة «أمازون»، وأستاذ علوم الحاسب الآلي وتكنولوجيا المعلومات في جامعة بنسلفانيا الأميركية، إن الإجابة عن هذا السؤال معقدة للغاية، ما يجعل من الصعب مناقشة الأمر على مستوى مفاهيمي خالٍ من وجود سياق محدد.

وأضاف كيرنز: «لقد أدى عصر الذكاء الاصطناعي التوليدي إلى إدخال المجتمع في حلقة مفرغة بعدة طرق، وذلك بسبب مدى انفتاح المخرجات الناتجة عنه، فمن الصعب جداً تحديد هذه الأمور في غياب أي حالات استخدام محددة؛ حيث إن الأمر يعتمد بشكل كبير على الغرض الذي استُخدمت هذه التقنية من أجله».

استخدام الألفاظ والأفكار السامة

وقدم كيرنز مثالاً بسيطاً يتعلق باستخدام الألفاظ والأفكار السامة، قائلاً إنه في حال استخدم شخص ما الذكاء الاصطناعي كوسيلة مساعدة في كتابة كتاب للأطفال، فإن مدى تسامح التكنولوجيا مع استخدام الألفاظ والأفكار السامة سيكون صفراً، ولكن إذا كان يتم استخدامه من أجل كتابة رواية تاريخية، فإنه ستكون هناك مرونة (تدخل) أكبر.

دور الحالة العاطفية للبشر

ومع ذلك، فإن مسألة السياق هذه ليست مرتبطة بالظروف والمواقف المحددة فحسب؛ بل إن الأمر ينطبق أيضاً على الحالة العاطفية الحالية للبشر الذين يسعون إلى الاستفادة من أداة الذكاء الاصطناعي، حسبما أضاف ماهيش سابثاريشي، وهو نائب الرئيس التنفيذي ورئيس قسم التكنولوجيا في «موتورولا سولوشنز».

وتابع سابثاريشي: «يقول العاملون في مجال تأمين السلامة العامة، إن وظائفهم عبارة عن ساعات من الملل تتخللها لحظات من الرعب، ولذا فإنه يجب أن تخدم نفس مجموعة الأدوات الخاصة بالسلامة قاعدة الزبائن، لكي تحمي مجتمعاتنا عندما نكون في حالة استرخاء، أو عندما نشعر بالملل، أو عندما نكون في حالة توتر كبير».

ويجب على شركة «موتورولا سولوشنز» أن تأخذ هذه الحقيقة بعين الاعتبار، عند تطوير أدوات الذكاء الاصطناعي الخاصة بها، لاستخدامات السلامة العامة، مثل الترجمة الآلية بين مشغلي رقم الطوارئ في الولايات المتحدة «911» والمتصلين الذين لا يتحدثون اللغة نفسها، ويتم إطلاق اسم «العوامل البشرية عالية السرعة» على هذا المبدأ التصميمي، وهو ما يعني الحاجة إلى إنشاء أدوات تظل بسيطة وفعَّالة عندما يكون المستخدمون تحت ضغط شديد.

النظم الذكية فريدة في مخاطرها

2- المخاطر من الناحية التشغيلية. يمثل الذكاء الاصطناعي فئة فريدة من نوعها، من حيث إدارة المخاطر التقليدية.

وقال باتريك هيوستن (وهو جنرال متقاعد بالجيش الأميركي، وعضو فريق عمل الذكاء الاصطناعي التابع لمكتب التحقيقات الفيدرالي «إف بي آي»): «بالنسبة لي، فإن الذكاء الاصطناعي المسؤول، هو مجموعة فرعية أو جزء من إدارة المخاطر التقليدية. فنحن نطلق عليه اسماً خاصاً به، وذلك ليس لأن الذكاء الاصطناعي هو أمر حديث فحسب؛ بل لأنه يحمل بعض المخاطر الفريدة الخاصة به».

وفي رأي هيوستن، فإن الذكاء الاصطناعي يشكل 5 مخاطر فريدة:

أولاً- لأنه يعد تقنية غامضة؛ حيث إن القوى الدافعة لعملية صنع القرارات والعمليات الأخرى في الذكاء الاصطناعي لا تكون شفافة، في كثير من الأحيان.

ثانياً- لأنه متغير باستمرار، وذلك لأن الذكاء الاصطناعي يتعلم ويتطور بشكل مستمر، بناءً على البيانات.

ثالثاً- يمكن أن يكون متحيزاً؛ لأنه يتم تصميمه وتدريبه من قبل البشر الذين قد يقدمون هذا التحيز بطريقة غير مقصودة.

رابعاً- يمكن أن يتسبب في نشوء معلومات غير دقيقة، لأسباب غالباً ما تكون غير واضحة.

خامساً- يمكن أن يحل محل بعض أنواع الوظائف، ما يجعل بعض الفئات من الأشخاص تشعر بعدم الثقة إزاءه بطبيعة الحال.

ابتكار بشري يتطلب تصميماً إنسانياً

واتفق الخبراء المشاركون في المناقشة على أن هذه التحديات صعبة، ولكن يجب أخذها في الاعتبار والتصدي لها، وتخفيف حدتها قدر الإمكان، في حال أراد الناس أن يضعوا ثقتهم في أدوات الذكاء الاصطناعي.

وقال كيرنز: «هناك كثير مما نعرفه علمياً، ولكن علينا أن نتذكر أن هذه الأدوات الموجودة في هذه الأنظمة هي عبارة عن ابتكارات تكنولوجية صنعناها بأنفسنا، ولذا فإن الحل الأول الذي يجب النظر فيه هو تصميم تلك التكنولوجيا بشكل يساعد على تخفيف حدة هذه المشكلات أو تجنبها. فمن الأفضل بكثير أن نعمل على حل المشكلة في المقام الأول، بدلاً من أن نلجأ للتسوية أو تنظيم العمل بهذه الأدوات، بعد وقوع الأضرار بالفعل».

شراكة الذكاء الاصطناعي مع الإنسان

3- أقوى الإمكانات تكمن في شراكة الذكاء الاصطناعي مع الإنسان. عند سؤاله عن أهم استخدامات أدوات الذكاء الاصطناعي في مجال السلامة العامة، رأى سابثاريشي أن هناك فئتين رئيسيتين: الأولى هي عندما يتمكن الذكاء الاصطناعي من إزالة الاحتكاك الذي يتم خلال تواصل الناس بعضهم مع بعض، مثل الترجمة التلقائية للغات خلال مكالمات خدمة الطوارئ «911».

أما الفئة الثانية، فهي توصيل الأشخاص المناسبين بالمعلومات الصحيحة اللازمة في أوقات الحاجة. وضرب سابثاريشي مثالاً من العالم الحقيقي على ذلك، قائلاً إنه عندما فُقد طفل من ذوي الاحتياجات الخاصة في إحدى المدن الواقعة شمال شرقي الولايات المتحدة، كان لدى رجال الشرطة لقطات من مئات كاميرات الفيديو المزودة بتحليلات أدوات الذكاء الاصطناعي.

وأضاف سابثاريشي: «تستخدم هذه المدينة تقنيات (موتورولا سولوشنز) على نطاق واسع، ولذلك فإنه كان بإمكانهم البحث في هذه اللقطات من خلال أوصاف الطفل، وفي غضون دقائق قليلة، كان نظامنا قادراً على أن يخبرهم بالأماكن التي لم يوجد فيها الطفل، وبهذه الطريقة، ساعدت هذه الأدوات الآلية على تركيز انتباه الإنسان على المكان الذي يمكن أن يوجد فيه الطفل، وعلى نحو فعَّال، أزال الذكاء الاصطناعي كومة القش، وسمح للبشر بالعثور على الإبرة التي كانت ضائعة داخلها».

وبالفعل تم العثور على الطفل بسرعة، وتمت إعادته إلى والديه بأمان، وهو ما كان ناتجاً عن جهد مشترك بين الذكاء الاصطناعي والقوى البشرية.

من جهته، قال هيوستن: «السر هو الجمع بين البشر والآلات بطرق تستفيد من نقاط القوة الموجودة لدى كل منهما، إلا أن الناس يقدمون الأمر في بعض الأحيان كما لو كان خياراً بين إما هذا وإما ذاك، قائلين: يجب أن تختار إما الإنسان وإما آلة الذكاء الاصطناعي، أيهما ستختار؟ لكني أرى أن هذا يشير إلى عملية فصل زائفة؛ إذ يمكننا الحصول على كليهما، كما يمكننا الحصول على أفضل ما فيهما».

* مجلة «فاست كومباني»، خدمات «تريبيون ميديا»

عاجل تعيين الفريق أول عبد المجيد صقر وزيرا للدفاع في الحكومة المصرية الجديدة (رويترز)