تطوير تقنية تبريد جديدة في "كاوست" لرفع كفاءة الخلايا الشمسية وزيادة عمرها التشغيلي
06-26-2025 01:52 مساءً
0
0
واس أحدثت جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست)، نقله جديدة في الدراسات البحثية بتطوير تقنية تبريد جديدة؛ لرفع كفاءة الخلايا الشمسية وتحسين أدائها وزيادة عمرها التشغيلي، بالشراكة مع مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية (كاكست)، وتُعدُّ الطاقة الشمسية جزءًا أساسيًا من التزام المملكة بالوصول إلى اقتصاد خالٍ من الانبعاثات الكربونية.
وتوصلت الدراسة عبر علماء وباحثي "كاوست" لمادة مركبة جديدة تحسن أداء الخلايا الشمسية، مما يرفع أدائها التشغيلي لمدة أطول وتحقيق قدرة إنتاجية أعلى وعمرًا تشغيليًا أطول، مقارنة بالخلايا غير المزودة بهذه المادة المنخفضة التكلفة في التصنيع، مما يقلل تكاليف صيانة الخلايا الشمسية، ونشرت نتائج هذه الدراسة في المجلة العلمية "Materials Science and Engineering: R".
وتناولت الدراسة تحديات الألواح الشمسية التجارية التي تحول حوالي 20% فقط من أشعة الشمس إلى كهرباء، في حين يُمتص الباقي كحرارة أو يُعكس بعيدًا، وهذا التحويل غير الفعال للطاقة لا يُعدُّ المشكلة الوحيدة، فالحرارة المرتفعة تقلل من أداء وكفاءة الخلايا الشمسية وتُقصر عمرها، مما يستلزم استبدالها بسرعة، ولهذا فإن التبريد ضروري، إلا أن أنظمة التبريد التقليدية مثل المراوح والمضخات تستهلك طاقة كهربائية، فيما لا يحتاج التبريد السلبي إلى كهرباء.
وأوضح قائد الدراسة في "كاوست" البروفيسور تشياو تشيانغ غان أن المواد النانوية التي تتيح التبريد السلبي هي مواد رقيقة يمكن وضعها على أنظمة متعددة تتطلب التبريد، كالبيوت الزجاجية الزراعية والخلايا الشمسية دون التأثير على أدائها، مشيرًا إلى أن الدراسة التي نُفذت عبر مركز التميّز في الطاقة المتجددة وتقنيات التخزين "CREST"، طورت مادة مركبة تمتص رطوبة الهواء في الليل، وتُطلقها خلال النهار.
وأفاد بأن الدراسة توصلت إلى أن تغطية الخلايا الشمسية بهذه المادة عند تشغيلها في المناطق الساحلية بالمملكة لأسابيع يساعد على إبقائها باردة، مما يزيد كفاءتها التشغيلية وإطالة عمرها، وإسهام التبريد السلبي في تقليل تكلفة توليد الكهرباء من هذه الخلايا بنسبة 18%، مبينًا أنه للتأكيد على فعالية التقنية في مختلف الظروف المناخية، أُجْرِيَت تجارب إضافية في مناطق باردة ورطبة من الولايات المتحدة في أثناء هطول الأمطار، وأثبتت التقنية فعاليتها في البيئات جميعها.
بدوره أكد كبير الباحثين في معهد تقنيات أشباه الموصلات والإلكترونيات الدقيقة بكاكست البروفيسور عبدالرحمن البدري، أن هذه الدراسة تتواكب مع دور "کاكست" في تحقيق مستهدفات رؤية المملكة 2030 في قطاع الطاقة؛ التي تهدف إلى رفع حصة الطاقة المتجددة في إجمالي إنتاج الكهرباء.
وأشار إلى أن المادة المطورة أثبتت فعاليتها في تطبيقات الخلايا الشمسية بشكل عام، خصوصًا في أنظمة الخلايا المركزة التي تم تطويرها داخل مختبرات "كاكست"، وتكون درجة الحرارة للخلايا عالية جدًا بسبب تركيز الضوء، مبينًا أن لهذه المادة تطبيقات أخرى كاستخدامها في البواعث الضوئية، التي تعاني عادة من انخفاض الكفاءة عند ارتفاع درجات الحرارة، وتم إجراء دراسات أولية على هذه التطبيقات وأظهرت نتائج واعدة.
وأفاد الباحث في معهد الإلكترونيات الدقيقة وأشباه الموصلات مدير مركز التميز في الضوئيات والإلكترونيات بكاكست والمشارك في الدراسة الدكتور عبدالله المقبل أن "كاكست" بصفتها مختبرًا وطنيًا تولي أهمية كبيرة للأبحاث التي تُجرى في مختبرات الغرف النقية، بما يتماشى مع الأولويات الوطنية في مجالات الطاقة والصناعة، لافتًا إلى أن المادة المطورة تُعدُّ حلًا منخفض التكلفة لمواجهة تحديات التبريد في مشاريع الطاقة الشمسية في المملكة والعالم، وتفتح آفاقًا واسعة لتطبيقها في تقنيات الإضاءة والليزر.
يذكر أن الفريق البحثي حقق في هذه الدراسة أرقامًا قياسية عالمية في أداء الخلايا الشمسية بفضل تصميماتها المتخصصة، مما يجعل هذا العمل مثالًا ممتازًا، على تكامل الخبرات المختلفة في "كاوست"، وتم اختبار تقنية التبريد الجديدة على خلايا شمسية عالية الأداء في بيئات متعددة، وحقق الفريق نتائج متميزة في الحالات جميعها.
ويُعدُّ مركز التميّز في الطاقة المتجددة وتقنيات التخزين، أحد مراكز التميّز البحثية الأربع التي أطلقتها "كاوست" مدفوعة بإستراتيجيتها الجديدة التي تركز على الأولويات الوطنية في المملكة وهي الذكاء الاصطناعي التوليدي، والأمن الغذائي، والطاقة المتجددة وتقنيات التخزين، والصحة الذكية.
وتوصلت الدراسة عبر علماء وباحثي "كاوست" لمادة مركبة جديدة تحسن أداء الخلايا الشمسية، مما يرفع أدائها التشغيلي لمدة أطول وتحقيق قدرة إنتاجية أعلى وعمرًا تشغيليًا أطول، مقارنة بالخلايا غير المزودة بهذه المادة المنخفضة التكلفة في التصنيع، مما يقلل تكاليف صيانة الخلايا الشمسية، ونشرت نتائج هذه الدراسة في المجلة العلمية "Materials Science and Engineering: R".
وتناولت الدراسة تحديات الألواح الشمسية التجارية التي تحول حوالي 20% فقط من أشعة الشمس إلى كهرباء، في حين يُمتص الباقي كحرارة أو يُعكس بعيدًا، وهذا التحويل غير الفعال للطاقة لا يُعدُّ المشكلة الوحيدة، فالحرارة المرتفعة تقلل من أداء وكفاءة الخلايا الشمسية وتُقصر عمرها، مما يستلزم استبدالها بسرعة، ولهذا فإن التبريد ضروري، إلا أن أنظمة التبريد التقليدية مثل المراوح والمضخات تستهلك طاقة كهربائية، فيما لا يحتاج التبريد السلبي إلى كهرباء.
وأوضح قائد الدراسة في "كاوست" البروفيسور تشياو تشيانغ غان أن المواد النانوية التي تتيح التبريد السلبي هي مواد رقيقة يمكن وضعها على أنظمة متعددة تتطلب التبريد، كالبيوت الزجاجية الزراعية والخلايا الشمسية دون التأثير على أدائها، مشيرًا إلى أن الدراسة التي نُفذت عبر مركز التميّز في الطاقة المتجددة وتقنيات التخزين "CREST"، طورت مادة مركبة تمتص رطوبة الهواء في الليل، وتُطلقها خلال النهار.
وأفاد بأن الدراسة توصلت إلى أن تغطية الخلايا الشمسية بهذه المادة عند تشغيلها في المناطق الساحلية بالمملكة لأسابيع يساعد على إبقائها باردة، مما يزيد كفاءتها التشغيلية وإطالة عمرها، وإسهام التبريد السلبي في تقليل تكلفة توليد الكهرباء من هذه الخلايا بنسبة 18%، مبينًا أنه للتأكيد على فعالية التقنية في مختلف الظروف المناخية، أُجْرِيَت تجارب إضافية في مناطق باردة ورطبة من الولايات المتحدة في أثناء هطول الأمطار، وأثبتت التقنية فعاليتها في البيئات جميعها.
بدوره أكد كبير الباحثين في معهد تقنيات أشباه الموصلات والإلكترونيات الدقيقة بكاكست البروفيسور عبدالرحمن البدري، أن هذه الدراسة تتواكب مع دور "کاكست" في تحقيق مستهدفات رؤية المملكة 2030 في قطاع الطاقة؛ التي تهدف إلى رفع حصة الطاقة المتجددة في إجمالي إنتاج الكهرباء.
وأشار إلى أن المادة المطورة أثبتت فعاليتها في تطبيقات الخلايا الشمسية بشكل عام، خصوصًا في أنظمة الخلايا المركزة التي تم تطويرها داخل مختبرات "كاكست"، وتكون درجة الحرارة للخلايا عالية جدًا بسبب تركيز الضوء، مبينًا أن لهذه المادة تطبيقات أخرى كاستخدامها في البواعث الضوئية، التي تعاني عادة من انخفاض الكفاءة عند ارتفاع درجات الحرارة، وتم إجراء دراسات أولية على هذه التطبيقات وأظهرت نتائج واعدة.
وأفاد الباحث في معهد الإلكترونيات الدقيقة وأشباه الموصلات مدير مركز التميز في الضوئيات والإلكترونيات بكاكست والمشارك في الدراسة الدكتور عبدالله المقبل أن "كاكست" بصفتها مختبرًا وطنيًا تولي أهمية كبيرة للأبحاث التي تُجرى في مختبرات الغرف النقية، بما يتماشى مع الأولويات الوطنية في مجالات الطاقة والصناعة، لافتًا إلى أن المادة المطورة تُعدُّ حلًا منخفض التكلفة لمواجهة تحديات التبريد في مشاريع الطاقة الشمسية في المملكة والعالم، وتفتح آفاقًا واسعة لتطبيقها في تقنيات الإضاءة والليزر.
يذكر أن الفريق البحثي حقق في هذه الدراسة أرقامًا قياسية عالمية في أداء الخلايا الشمسية بفضل تصميماتها المتخصصة، مما يجعل هذا العمل مثالًا ممتازًا، على تكامل الخبرات المختلفة في "كاوست"، وتم اختبار تقنية التبريد الجديدة على خلايا شمسية عالية الأداء في بيئات متعددة، وحقق الفريق نتائج متميزة في الحالات جميعها.
ويُعدُّ مركز التميّز في الطاقة المتجددة وتقنيات التخزين، أحد مراكز التميّز البحثية الأربع التي أطلقتها "كاوست" مدفوعة بإستراتيجيتها الجديدة التي تركز على الأولويات الوطنية في المملكة وهي الذكاء الاصطناعي التوليدي، والأمن الغذائي، والطاقة المتجددة وتقنيات التخزين، والصحة الذكية.