العلماء أعلنوا أخيراً عن الخلية الشمسية الخارقة الأبرع على الإطلاق حتى الآن، بعد أن حطمت الرقم القياسي السابق للقدرة على اصطياد أشعة الشمس وتحويلها إلى طاقة كهربية، والذي كانت قد حققته خلية شمسية تمتد على 800 سنتيمتر مربع باستفادة بلغت حوالي 24 بالمئة من الطاقة، أما الخلية الجديدة فهي لم تنجح في تحقيق رقم 34.5 بالمئة فقط، بل إنها فعلت ذلك بدون مكثفات، وبمساحة سطح أقل، وتكلفة أرخص.
أحد باحثي الفريق الأسترالي قال إن هذه النتائج المشجعة تكشف لنا أنه ما زال هناك من المزيد لنراه في مجال الخلايا الشمسية، واصطياد طاقة أكبر من كل شعاع شمس يمر، سيخفض تكلفة الكهرباء المنتجة من الشمس، ويقلل من التمويل اللازم، ويصل بنا إلى نتائج عظيمة بشكل أسرع.
لماذا صفق المهندسون إعجاباً بهذه الخلية الشمسية الجديدة؟
هذه ليست المرة الأولى التي يحطم فيها الفريق الرقم القياسي لتحويل الطاقة الشمسية إلى كهربية، فقد حققوا رقماً عالمياً في 2014 باستخدام المرايا لتكثيف أشعة الشمس، وتحقيق كفاءة وصلت إلى 40 بالمئة، لكن هذا الرقم القياسي أكثر إثارة للإعجاب، لأنه لا يتضمن أية مكثفات، كما إنه كان شيئاً لم يتوقع المهندسون حدوثه لعدة عقود قادمة. فقبل حدوث هذا الأمر، ظهرت دراسة حديثة أجرتها المؤسسة الألمانية للطاقة Germany’s Agora Energiewende ، وضعت هدف الوصول إلى كفاءة 35 بالمئة بحلول العام 2050، لنموذج يستخدم المكثفات، فهل كانوا يتخيلون أن العالم في طريقة للحصول على كفاءة 34.5 في هذا الزمن القريب، وبدون مكثفات؟
ما هو سر الخلية الشمسية الجديدة الخارقة؟
الخلية الشمسية الجديدة لا تشغل مساحة أكبر من 28 سم مربع، أو ما يساوي 11 بوصة مربعة، وهي تعمل عن طريق تقسيم ضوء الشمس القادم إلى أربعة نطاقات. نطاق الأشعة تحت الحمراء، والذي يرتد نحو خلية شمسية من السيليكون، أما النطاقات الثلاثة الأخرى فيتم توجيهها إلى نوع جديد من الخلايا الشمسية، مكون من ثلاث طبقات، أولها هو الإنديوم غاليوم فوسفيد، الثاني هو إنديوم جاليوم الزرنيخ، أما الثالثة فهي طبقة من الجرمانيوم.
يمر ضوء الشمس عبر كل من هذه الطبقات، ويتم استخلاص الطاقة بواسطة كل طبقة، كل على طول موجته الأكثر كفاءة، وأي ضوء غير مستخدم يعبر في خلال الطبقة التالية، وهكذا، لاصطياد أكبر قدر ممكن من الطاقة من كل شعاع واحد، وتستطيع أن تنظر إلى الرسم التوضيحي بالأسفل لفهم ذلك:
متى سأشتري واحدة وأضعها على سطح منزلي؟
لكي نكون واضحين، فإن هذه الخلايا الشمسية رباعية الوصلات لن تكون على سطح منزلك أو مكتبك قريباً، لأن بقاءها وتكلفتها أعلى من الخلايا الشمسية التقليدية التي اعتدنا رؤيتها، لكن هذا النوع من الخلايا الشمسية مثالي للأبراج الشمسية، التي تضطر لاستخدام المرايا لتكثيف أشعة الشمس عبر سلسلة من الخلايا، ثم تقوم بتحويلها مباشرة إلى كهرباء، أو حرارة، كما في محطة الطاقة الشمسية المغربية العملاقة، أو المحطات الأخرى في السويد وأستراليا.
الفريق يعمل الآن لتوسيع نطاق حجم خلاياه الشمسية إلى 800 سنتيمتر مربع، ورؤية ما يحدث حينذاك، فالعلماء يعتقدون أن أقصى سقف تصل إليه القدرة على اصطياد الطاقة من أشعة الشمس هو 53 بالمئة بالنسبة للخلايا الشمسية رباعية الوصلات، ما يعني أن الفريق استطاع بهذه الخلية الصغيرة أن يجتاز ثلثي الطريق، فماذا سيحدث عندما يزيدون المساحة التي تشغلها؟ يأمل العلماء أن ذلك سيحقق نتائج مذهلة عندما يطبق في المحطات الشمسية الضخمة، ويظهر أثره فوراً في الكهرباء التي تتدفق منها للناس.