خلايا شمسية جديدة تستخدم مادة تُحول 90% من أشعة الشمس المُلتقطة إلى حرارة

تَحرق محطات توليد الطاقة التقليدية الفحم أو الوقود الإحفوري لتوليد الحرارة بشكل بخار. يُدير هذا البُخار التوربينات العِملاقة التي تولّد الكهرباء من دوران المغانط ولفائف الأسلاك الموصلة. واحدة من أكثر تقنيات الطاقة النظيفة الواعِدة هي مَحطات الطاقة الشمسية المُركزة (CPS) التي تولّد البخار اللازم لتَشغيل التوربينات عن طريق إستخدام أشعة الشمس لتَسخين المِلح المُنصهر.

أثبتت محطة الطاقة الشمسية المُركزة الأولى في العالم في أستراليا بالفعل أن البُخار المُولّد بالطاقة الشمسية يكون مضغوطاً وحاراً كفاية ليتساوى مع البخار المُولّد من الوقود الإحفوري.

مُعظم مَحطات الطاقة الشمسية المركزة تولّد الطاقة بواسطة مئات الألاف من المرايا الكبيرة والعاكسة التي تُركز أشعة الشمس في برجاً مَطلياً بمادة طلاء سوداء ماصة للطاقة. والأهم، أن هذه الكهرباء المُولدة من طاقة الشمس يُمكن أن تُغذي بصورة مُباشرة شبكاتنا الحالية. ولآن هذهِ المَرايا يُمكن إستخدامها لتركيز الضوء حتى في الأيام الغائمة، لذا فهي تتغلب على الكثير من مشاكل الألواح الشمسية.

ولكن الجانب السلبي الوحيد هو أن المواد التي يتم إستخدامها حالياً تتدهور بِسرعة وتَحتاج إلى إعادة تبديل مرة واحدة في السنة. مما يعني إيقاف محطات الطاقة الشمسية المُركزة ولا يتم توليد أي طاقة في هذا الوقت.

لحل هذه المُشكلة، طوّر العلماء مواداً ذات عمراً أطول وتسمح بتحويل قدراً أكبر من أشعة الشمس المُلتقطة إلى حرارة.

صَنع باحثون من جامعة كالفورنيا (University of California) في الولايات المُتحدة المادة «متعددة النطاقات» الجديدة. من خلال تغطيتها بالآف من الجُزيئات مُتشابهه القياس يتراوح قياسها من 10 نانومتر إلى 10 مايكرومتر. المادة يُمكن أن تُقاوم إرتفاع درجات الحرارة لأكثر من 700 درجة سليليزية وتمنحُها كفاءة أكبر في إلتقاط وإمتصاص أشعة الشمس.

كما يُمكنها تحمل التَعرّض للهواء والرطوبة مما يُمكّنها من الصمود لِسنوات عديدة في الهواء الطلق. الأهم من ذلك، هذه الخصائص الفريدة تَسمح للمادة بتحويل أكثر من 90% من أشعة الشمس المُلتقطة إلى حرارة.

وقال سانغو جين (Sungho Jin)، وهو مُهندس وأحد الباحثين، «أردنا صُنع مواداً ماصة لأشعة الشمس ولا تسمح لأي منها بالهروب». وأضاف في بيّان صحفي: «نُريدها ثُقباً أسوداً لأشعة الشمس».

يُمكن لمحطات الطاقة الشمسية المُركزة (CSP) إنتاج نحو 3.5 غيغاواط – ساعة من الطاقة سنوياً. وهي  تكفي لتشغيل أكثر من مليوني منزل. التقنية يُمكن إعادة تهيئتها بسهولة في محطات الطاقة الحالية. لأن كلاها تستخدم نفس العملية في توليد الكهرباء.

يواصل الفريق أبحاثهُ من خلال تمديد عُمر المواد المُستخدمة. ويأملون أن هذا التقدُم سوف يُثبت في النهاية أن الطاقة الشمسية ليست مصدراً رخيصاً و أكثر إستدامةً للطاقة من الوقود الإحفوري وحسب، ولكنها أيضاً أكثر كفاءة.

نُشرت نتائج الدراسة في مجلة نانو إينيرجي (Nano Energy).

المصدر: هنا