«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

أفضل سماعات الأذن اللاسلكية لعام 2025

تكنولوجيا سماعات أذن  "سوني دبليو إف-1000 إكس إم 5"

أفضل سماعات الأذن اللاسلكية لعام 2025

لقد اختبرنا سماعات الأذن منذ ما يقرب من 20 عاماً وراجعنا المئات من سماعات الأذن السلكية واللاسلكية بتصميمات متنوعة،

«الشرق الأوسط» (واشنطن)
الاقتصاد شاشة عملاقة على واجهة أحد الأبراج السكنية في العاصمة الصينية بكين تعرض جانباً من اجتماع الرئيس شي جينبينغ مع قادة الأعمال يوم الاثنين (رويترز)

الرئيس الصيني يدعو مجتمع الأعمال إلى «تعزيز الثقة»

عقد الرئيس الصيني اجتماعاً نادراً، يوم الاثنين، مع بعض أكبر الأسماء في قطاع التكنولوجيا في الصين، وحثهم على «إظهار مواهبهم» والثقة بقوة نموذج الصين وسوقها.

«الشرق الأوسط» (بكين)
الاقتصاد متداولو العملات في بنك «هانا» يتابعون مؤشر كوسبي وسعر الدولار مقابل الوون في سيول (أ.ب)

أسواق الأسهم الآسيوية ترتفع وسط تفاؤل قطاع التكنولوجيا في هونغ كونغ

ارتفعت أسواق الأسهم الآسيوية يوم الاثنين، مدفوعة بقطاع التكنولوجيا في هونغ كونغ، بينما تباين النمو الاقتصادي الياباني مع ضعف مبيعات التجزئة في الولايات المتحدة.

«الشرق الأوسط» (طوكيو)
تكنولوجيا أدوات إدارة التواصل الاجتماعي تتيح جدولة المنشورات والتفاعل التلقائي وتحليل الأداء مما يسهل إدارة الحسابات بفعالية (Zoho)

أدوات مفيدة لإدارة حسابات التواصل الاجتماعي

اختيار الأداة المناسبة لاحتياجاتك يمكن أن يحدث فرقاً كبيراً في تحقيق أهدافك الرقمية.

عبد العزيز الرشيد (الرياض)
تكنولوجيا «ويسك» أداة ذكاء اصطناعي تتيح للمستخدمين إنشاء صور جديدة عبر دمج عناصر من صورهم الأصلية مع التحكم في الأسلوب والمشهد والتفاصيل الإبداعية (غوغل)

أداة «ويسك» من «غوغل» لتجربة إبداعية مفيدة بالذكاء الاصطناعي

تهدف إلى تطوير طرق مبتكرة لإنشاء الصور باستخدام الذكاء الاصطناعي

عبد العزيز الرشيد (الرياض)

بعد شم رائحة المومياوات المصرية القديمة… مفاجأة تصيب العلماء

باحثون يقولون إن روائح المومياوات في المتحف المصري كانت لطيفة (أ.ف.ب)
باحثون يقولون إن روائح المومياوات في المتحف المصري كانت لطيفة (أ.ف.ب)
TT

بعد شم رائحة المومياوات المصرية القديمة… مفاجأة تصيب العلماء

باحثون يقولون إن روائح المومياوات في المتحف المصري كانت لطيفة (أ.ف.ب)
باحثون يقولون إن روائح المومياوات في المتحف المصري كانت لطيفة (أ.ف.ب)

عند عرض القطع الأثرية في المتاحف، فإن أحد أبرز الأشياء التي تفتقدها هي رائحة القطعة المعروضة وملمسها.

ووفقاً لموقع «Scientists» العلمية، يُطلق على ذلك «التراث الحسي»، وهو الذي يتعلق بكيفية تعاملنا مع الأشياء التراثية باستخدام حواس أخرى غير البصر.

وتقول العالمة سيسيليا بينبيبر، المتخصصة في التراث الحسي: «أقوم بتطوير أساليب لتحديد الروائح ذات الأهمية الثقافية والحفاظ عليها»، مضيفة: «طلبت مني جامعة ليوبليانا، بالتعاون مع جامعة كراكوف والمتحف المصري في القاهرة، المساعدة في دراسة الجثث المحنطة».

وتنص المبادئ التوجيهية الصارمة لدراسة هذه الأجسام على أن الباحثين يجب أن يستخدموا تقنيات غير مدمرة. إحدى الطرق هي رؤية ما يمكن تعلمه من خلال الشم.

تقول بينبيبر: «درسنا 9 جثث محنطة في المتحف المصري، أربع منها كانت معروضة وخمس في المخزن. تمتد هذه الآثار إلى فترات زمنية مختلفة، ويعود تاريخ أقدمها إلى 3500 سنة. كما تم حفظها بطرق مختلفة وتخزينها في أماكن مختلفة، حتى تعطي تمثيلاً صحيحاً لجميع الجثث المحنطة في مجموعات مختلفة حول العالم».

البحث

بدأت الدراسة بإجراء التحليل الكيميائي للتأكد من أن الجثث آمنةٌ للشم، إذ تم معالجتها في العقود السابقة بمبيدات حشرية صناعية للحفاظ عليها محفوظة. وقد احتوت العديد من الجثث على تركيزات عالية من هذه المبيدات الحشرية، التي من المحتمل أن تكون مسببة للسرطان، لذلك تم استبعادها من الدراسة.

وتصف بينبيبر العملية: «فتحنا توابيتهم قليلاً لإدخال أنابيب صغيرة واستخراج كميات من الهواء. تم وضع كمية محددة من هذا الهواء في أكياس خاصة أخذناها إلى غرفة بعيدة عن مناطق العرض، حتى أتمكن أنا والآخرون من تجربتها بشكل مباشر، لقد تم إخضاع هذا الهواء لتحاليل كيميائية مختلفة لمعرفة المركبات الموجودة فيه لتجربة كل رائحة ووصفها على حدة».

تقول بينبيبر إنه من الخطأ أن تعتقد أن هذه الروائح لن تكون مقبولة، وإن ارتباط الجثث المحنطة بالروائح الكريهة ليس صحيحاً، بل وكان المثير للدهشة أن الروائح كانت لطيفة للغاية، وتضمنت أوصاف فريق الشم: «خشبي»، و«زهري»، و«حلو»، و«حار»، و«عتيق».

وعلقت العالمة قائلة: «لقد تمكنا من التعرف على مكونات التحنيط القديمة، بما في ذلك زيوت الصنوبر واللبان والمر والقرفة، كما حددنا الدهون الحيوانية المتحللة المستخدمة في عملية التحنيط».

الخطوات المستقبلية

تقول بينبيبر: «سنعدّ رائحة الجثث المحنطة حتى يتمكن زوار المتحف المصري من تجربتها عن كثب، وسنصنع تركيبة كيميائية دقيقة لما شممناه. ونأمل أن يكون عملنا مع الجثث المحنطة مثالاً لكيفية إحياء بُعد آخر من أبعاد التراث».