1– محطات طاقة شمسية فوق السحب
ماذا لو تم استقبال طاقة الشمس هناك بعيدًا أعلى السحب بدلًا من انتظار وصول الأشعة إلى الأرض؟
هذه هي فكرة دراسة قام بها المعمل الفرنسي الياباني NextPV في طوكيو.
التغير المناخي ومشكلة الطاقة أو مؤتمر الأمم المتحدة للتغير المناخي في باريس هو دليل على ما يسعى له العالم بكل جدية في سبيل توفير طاقة رخيصة بكميات كبيرة في كل مكان، طاقة متوفرة عند الحاجة وتتوزع في العالم بسرعة وأمان مطلقًة ملوثاتٍ أقل في البيئة، ولكن لسوء الحظ يبدو أن الطاقة الشمسية في صورتها الحالية لا تفي بكل هذه المتطلبات.
أهم ما يواجه توليد الطاقة باستخدام الخلايا الضوئية هو حجز السحب لأشعة الشمس مما يجعل عملية توليد الطاقة الكهربية غير مستقرة ومتقطعة، ولكن هناك أعلى السحب لا يوجد ما يحول دون التعرض للشمس طوال النهار.
على ارتفاع 6 كم يوجد القليل من السحب على امتداد الكوكب، وعند 20 كم تختفي السحب تمامًا كما لا يوجد ظلال أو غلاف جوي ليشتت الضوء، فمع اختفاء اللون الأزرق للسماء يصبح الضوء أكثر تركيزًا أي طاقة شمسية مركزة وأكثر فعالية.
وفي هذه الظروف تصبح كمية الطاقة المتوفرة أكبر بخمسة أضعاف المتواجدة في الأسفل على سطح الأرض، وبطاقة إنتاجية مستمرة طوال اليوم، لذا لما لا يتم إرسال الخلايا الشمسية إلى أعلى حيث تسطع الشمس باستمرار؟
أحد الحلول هو تثبيت الألواح الشمسية على بالونات أو مناطيد سواء ثابتة أو متحركة، وقد قامت العديد من المشروعات بتوضيح إمكانية تنفيذ هذا على ارتفاعات تصل إلى أكثر من 20 كم.
توليد الطاقة من خلال الخلايا الشمسية ظهر للعامة منذ 15 عاما فقط، ودخل في التنافسية التجارية خلال الخمس سنوات الماضية، ففي العام 2000 كان الإنتاج العالمي بالكاد يصل إلى 1 جيجا وات، بينما هو الآن 200 جيجا وات حيث انخفضت أسعار وتكلفة الألواح الشمسية.
محطات أو حقول الطاقة الشمسية تنتج الطاقة الكهروضوئية الأقل ثمنا حيث لا يتعدى ثمنها 0.1 يورو لكل كيلوات ساعة، ولكن على الرغم من هذا فإن هذه الطريقة تحتاج إلى مساحات شاسعة على الأرض، فعلى سبيل المثال فإن فرنسا تحتاج إلى محطات تغطي 1% من مساحتها لإنتاج كهربائها، كما أن هذه الطريقة تتطلب توفير مئات ملايين الأطنان من الزجاج لتصنيع الخلايا الضوئية.
أحد المواضيع التي قدمها مؤتمر المناخ في باريس هو نشر الطاقة النظيفة الدائمة على نطاق كبير كافي لإحداث تغيرات حقيقية في مجال الطاقة، وفي حالة الطاقة الشمسية فإن المطلوب هو إنتاج أكثر من تيرا وات بشكل مستمر (التيرا = 1000 جيجا = مليون كيلو)، وبالنظر إلى الطرق الحالية فإن الهدف هذا لن يتحقق.
ولكن باستخدام المناطيد المثبتة بالأعلى والمصنعة من البوليمارات فإن الإنتاج، وإمكانية التثبيت السريعة والمتنوعة، والتحليق في الفضاء عاليًا وبالتالي شغل مساحات أقل على سطح الأرض، ستكون كلها عوامل لنقلة حقيقية لتحقيق الهدف.
أما عن العوائق التي تواجه انتشار الطاقات المتجددة مثل الطاقة الشمسية فإن أهمها هو مسألة تخزين الطاقة، فالبطاريات المصنعة من الليثيوم تحديدًا ورغم كفاءتها وفعاليتها فإنها مرتفعة السعر في المجالات المنشودة هنا، بالإضافة إلى المشكلات البئية الناتجة عنها.
لذلك فإن اللجوء إلى الهيدروجين كعنصر طاقة مهم من الممكن أن يقدم حلًا عبقريًا.
طريقة استخدام الهيدروجين مع المناطيد تتلخص في التالي:
يتم إنشاء خزان للمياه لاستخدامه كمصدر للهيدروجين عن طريق عملية التحليل الكهربي للمياه أثناء توليد الكهرباء بالنهار، بعد ذلك يتم تخزين الهيدروجين المتصاعد في المناطيد لإبقائها بالأعلى، بالإضافة إلى استخدامه أثناء الليل عندما تغيب الشمس والطاقة الكهربية، ففي هذه الأثناء يتحد الهيدروجين مع الأكسجين من جديد مكونًا الماء والطاقة في خلايا طاقة خاصة.
المناطيد المثبتة بالأعلى من الممكن أن تخزن قدرًا من الطاقة (هيدروجين) يساوي 10 مرات ما يمكن أن تنتجه نهارًا عن طريق خلاياها الشمسية، مما يعني استيفاء كامل الطاقة المطلوبة ليلًا إلى حين استكمال الإنتاج بالشكل الطبيعي نهارًا.
إن تقليل تكاليف الإنشاء والتركيب، وضمان كفاءات إنتاج عالية، وتوفير مصدر طاقة على مدار الساعة، سوف يثبت أن الطاقة النظيفة قادرة على الإنتاج بتكلفٍة أقل من الطاقات الأحفورية المعتادة.
2– خلايا شمسية ستطفو فوق فقاعات الصابون
ابتكر العلماء خلايا ضوئية رقيقة ومرنة بطريقة لا تُصدَّق لدرجة أنها يمكن أن تطفو فوق فقاعات الصابون دون أن تتلفها.
هذه الخلايا الرقيقة يمكن أن يتم تثبيتها في أي مكان بداية من الأرضية الذكية إلى مناطيد الهيليوم.
فلادمير بولوفيتش وهو أحد الباحثين في MIT يقول عن ذلك: “إنها خفيفة لدرجة أنك لن تشعر بها سواء أكانت على ملابسك أو كراسة ملاحظاتك، فهذه الخلايا ستصبح بكل بساطة مجرد كماليات add-on في المكونات الأساسية”.
يوجد لهذه التقنية العديد من التطبيقات مما يجعل أمر تجربتها شيئًا شيقًا، حتى لو أنها لا زالت في مرحلة ما قبل التصنيع.
إن أهم خطوة لتصنيع هذه الخلايا الجديدة أمام الباحثين هو كيف سيتم تجميع الخلية الضوئية ذاتها – القاعدة التي ستحملها مع الطلاء الواقي في عملية واحدة.
أحد مزايا تصنيع الخلية مع قاعدة ارتكازها في نفس الوقت هو أن الأخيرة سيتم حمايتها من الأتربة والملوثات الأخرى.
الباريلين parylene وهو بوليمر من النوع المرن يستخدم كقاعدة وكطلاء، بينما يتم استخدام مادة عضوية تسمى الـ DBP (دايبوتيل فثالات) في الطبقة المختصة بامتصاص الضوء.
بخلاف طرق التصنيع التقليدية للخلايا الضوئية، فإن العملية برمتها تحدث في غرفة مفرغة الهواء في درجة الحرارة العادية وبدون استخدام أي مذيبات أو كيماويات مزعجة، حيث تُستخدَم تقنيات (تسريب البخار) لتصنيع القاعدة والخلية معًا (وفيها ينشأ طبقة الطلاء الرقيقة جدًا عن طريق تفاعلات حرارية وكيميائية وضغط).
إن هذه التقنية في حد ذاتها – وليست المادة المستخدمة – هي ما تجعل منها إنجازًا بارزًا، كما يصرح فريق الباحثين.
هذه الخلايا الدقيقة جدًا والمرنة يبلغ سمكها فقط 2% من سمك شعر الإنسان، و 0.001 من سمك الخلايا الحالية المصنوعة من الزجاج (بسمك حوالي 2 ميكروميتر)، وعلى الرغم من ذلك فهي تحول الطاقة الضوئية إلى كهرباء بنفس الكفاءة.
وطبقا لمخترعي التقنية الجديدة فإن إضافة الطبقات في جو مفرغ يمكن أن يرسب الخلايا الشمسية على سطح الأقمشة أو الأوراق أو أي مادة أخرى، وحيث تصبح مسألة الوزن أمرًا مهمًا كما في الفضاء أو الأماكن المرتفعة، فإن هذه الخلايا سيكون لها دورًا هامًا هناك حتى لو تطلب إنتاجها على نطاق واسع مزيدًا من سنوات البحث والعمل.
ترجمة : إسلام درويش
مراجعة: محمد سلامه
تصميم: Malek El-Maghraby
المصادر:
