Neutrino Energy – الخلايا الكهروضوئية: الماضي والحاضر وخلايا النيوترينو فولتيك

حيث بدأ كل شيء …

جمع واستخدام الطاقة الشمسية ليست ظاهرة جديدة. في الواقع، تعود أشعة الشمس المكبرة لإحداث حريق إلى القرن السابع. بالمضي قدمًا في الزمن إلى القرن التاسع عشر، يمكننا أن نرى أصول الخلايا الشمسية الكهروضوئية الحديثة، والتي لا تزال مستخدمة في تصنيع الألواح الشمسية حتى يومنا هذا. في عام 1876، اكتشف ويليام جريلز آدامز، الأستاذ في كينجز كوليدج لندن، وريتشارد إيفانز داي، أحد تلاميذ آدامز، التأثير الكهروضوئي. اكتشفوا التأثير الكهروضوئي بعد تكوين تيار كهربائي في السيلينيوم فقط من خلال تعريضه للضوء.

تم تطوير خلية شمسية بكفاءة تحويل 1٪ بعد ثماني سنوات بواسطة المخترع الأمريكي تشارلز فريتس. نتيجة لارتفاع تكلفة إنتاجهم وحقيقة أنهم كانوا يعملون في مجموعة الطاقة الشمسية على الأسطح في مدينة نيويورك في عام 1884، لم يتم استخدامها على نطاق واسع.

في عام 1905، في بداية القرن العشرين، كتب ألبرت أينشتاين أول دراسة نظرية تصف التأثير الكهروضوئي. في هذا العمل، أوضح أينشتاين أن الضوء يتضمن حزمًا من الطاقة أطلق عليها “كوانتا الضوء”. اليوم، تُعرف حزم الطاقة هذه بالفوتونات. كانت نظرية أينشتاين قادرة على المساعدة في تفسير كيف يمكن للفوتونات أن تولد الكهرباء إذا تم اقترانها في دائرة بالطريقة الصحيحة. في السنوات اللاحقة، حصل على جائزة نوبل لقانون التأثير الكهروضوئي الذي اكتشفه.

 

تحسينات الطاقة الشمسية على مر الزمن

في الخمسينيات من القرن الماضي، كان إجمالي كمية الخلايا الشمسية التي تشغل المعدات الكهربائية في العالم أقل من واحد واط. تقدم سريعًا إلى القرن الحادي والعشرين، وبعد خمسين عامًا من البحث والتطوير المستمر للسيليكون والمواد الكهروضوئية الأخرى، توفر الألواح الشمسية الكهرباء الآن لملايين المنازل في جميع أنحاء العالم. كما أنها تزود المباني والأقمار الصناعية بالطاقة، وتوفر طاقة نظيفة للناس في كل منطقة من مناطق العالم.

على مدى 60-70 سنة التالية، استخدم العلماء السيليكون لتعزيز كفاءة الخلايا الشمسية. ومع ذلك، لم يكن الأمر كذلك حتى عام 1973، عندما تسببت أزمة النفط العربية في ارتفاع أسعار النفط إلى أربعة أضعاف بين عشية وضحاها، حيث تم الاستثمار الكبير في توليد الطاقة الشمسية لتقليل اعتماد العالم الغربي على الوقود الأحفوري.

تقدر السعة المركبة للطاقة الشمسية في جميع أنحاء العالم بحوالي 728 جيجاوات، مع زيادة متوقعة إلى 1645 جيجاوات بحلول عام 2026. وقد شهدت الطاقة الشمسية أسرع انخفاض في التكلفة مقارنة بأي تقنية طاقة. كان سعر خلايا السيليكون الكهروضوئية في الخمسينيات من القرن الماضي 76 دولارًا أمريكيًا للواط، لكنه انخفض الآن إلى 0.20 دولارًا أمريكيًا للواط في عام 2021. تم تخفيض الأسعار بشكل كبير من عام 2000 إلى عام 2019، لكن التخفيضات بدأت في الاستقرار بعد ذلك. الرسم البياني أدناه يصور الاتجاه في خفض التكلفة.

بالنسبة لصناعة الطاقة الشمسية، أدت المصانع الكبيرة، واستخدام الأتمتة، وعمليات التصنيع الأكثر كفاءة إلى وفورات الحجم، وتقليل تكاليف العمالة، وتقليل نفايات المواد. بين عامي 2010 و2020، انخفض متوسط تكلفة الألواح الشمسية بنسبة 90٪.

الألواح أحادية البلورية، الكريستالات ، والأغشية الرقيقة هي أكثر أنواع الألواح الشمسية شيوعًا في السوق اليوم. على عكس الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون، تتكون الأغشية الرقيقة من خلايا مكونة من مواد مختلفة. لكل منها مجموعة من المزايا والعيوب.

شهد العقد الماضي زيادة كبيرة في انتشار الطاقة الشمسية الكهروضوئية. بسبب التأثير البيئي لحرق الوقود الأحفوري، استثمرت الحكومات في جميع أنحاء العالم على نطاق واسع في البحوث والحوافز لتحفيز كل من التبني المنزلي والتجاري لإنتاج الطاقة الكهروضوئية الشمسية.

 

ماذا يحمل المستقبل للخلايا الكهروضوئية؟

تطورت الطاقة الشمسية بوتيرة مذهلة، حتى بالنسبة للمحترفين في المنطقة، وهي تعد الآن بلعب دور مهم في التحول الحالي للطاقة. وفقًا لبيانات قطاع الطاقة الشمسية، نمت صناعة الطاقة الكهروضوئية في جميع أنحاء العالم بمعدل سنوي مركب يزيد عن 35٪ خلال العقد الماضي. سيزداد اعتماد الطاقة الكهروضوئية بلا شك حيث يتحول مزيج الطاقة العالمي أكثر نحو الطاقة المتجددة.

أدى الارتفاع في طاقة وحدة اللوحة من 250 واط إلى 500 واط خلال العقد الماضي إلى انخفاض في المساهمة النسبية لتكلفة الوحدة في التكلفة الإجمالية للنظام الكهروضوئي. تستمر خلايا السيليكون الشمسية في الهيمنة على السوق، بينما تستغرق الخلايا الشمسية من الجيل الآخر بعض الوقت لتحقيق تفوق السوق.

تتمثل إحدى الصعوبات الرئيسية في خفض التكاليف وتعزيز الكفاءة؛ يمكن حل ذلك من خلال تطوير تقنيات تصنيع وحدات الطاقة الشمسية لرقائق السيليكون المنافسة في السوق الجديدة والتي تكون أقل تكلفة. هذا القطاع المعياري، الذي يركز على التكنولوجيا الكهروضوئية البلورية القائمة على السيليكون، لديه منحنى تعليمي حاد وهو في وضع جيد لمواجهة مهمة توليد عدة تيراواط من الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك، وصلنا إلى الحد النظري للخلايا الشمسية أحادية الوصلة.

أخيرًا، تتمتع التقنيات الترادفية بإمكانية توفير حل لهذه المشكلة؛ ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة لأبحاث رئيسية لتحقيق ذلك بتكلفة معقولة للسوق العام. بالنظر إلى أن هذه التكنولوجيا تبلغ من العمر خمسين عامًا تقريبًا، فإن الأمر يتطلب مزيدًا من الدراسة والتطوير لاجتياز الاحتمالات العديدة.

ماذا لو، من ناحية أخرى، هناك بالفعل بديل؛ لاعب جديد تغلب بالفعل على جميع العقبات التي تواجهها الطاقة الشمسية؛ مصدر طاقة خالص من شأنه أن يغير مسار التطور البشري؟

 

النيوترينو فولتيك: المفتاح لمستقبل مستدام وفعال من حيث الطاقة

في هذا الوقت، فإن أهم التهديدات هي تغير المناخ وظواهر الطقس القاسية التي هي نتيجة مباشرة له. لا يمكن إضاعة المزيد من الوقت سواء على صحة الأجيال القادمة أو الحفاظ على مواردنا الطبيعية وبيئتنا. حان الوقت لتطبيق أحدث النتائج التي توصل إليها البحث العلمي! تقدم تكنولوجيا النيوترينو فولتيك فرصًا في مجال توليد الطاقة لم تكن ممكنة من قبل. إنها إحدى أكثر الطرق الواعدة لتوليد الكهرباء الصديقة للبيئة والفعالة.

مجموعة نيوترينو للطاقة المعروفة هي المسؤولة عن تطوير هذا الاختراق المذهل في مجال التكنولوجيا المتجددة المتطورة، والتي تعد بمثابة تغيير حقيقي للعبة في الصناعة.

في عام 2015، تم التحقق من وجود كتلة النيوترينو بشكل مستقل من قبل باحثين من دول مختلفة: تاكاكي كاجيتا من اليابان وآرثر ماكدونالد من كندا. منذ ذلك الوقت، كان الهدف الرئيسي لمجموعة نيوترينو للطاقة هو إنتاج الطاقة عن طريق التقاط النيوترينو وأنواع أخرى من الإشعاع غير المرئي. إن استخدام النيوترينو وأنواع أخرى من الإشعاع غير المرئي كمصدر للطاقة يمكن مقارنته من نواح كثيرة باستخدام الخلايا الشمسية الكهروضوئية. وذلك لأن كلا النوعين من الإشعاع لهما القدرة على تحويل الضوء إلى كهرباء. بدلاً من جمع النيوترينو وأنواع أخرى من الإشعاع غير المرئي، يتم امتصاص جزء من الطاقة الموجودة في طاقتها الحركية ثم تحويلها إلى كهرباء. يتم ذلك بدلاً من محاولة التقاط النيوترينو نفسها.

عندما يتعلق الأمر بالكفاءة والاعتمادية، لا تواجه خلايا النيوترينو فولتيك نفس التحديات التي تواجهها الطاقة الشمسية. على سبيل المثال، يمكن للنيوترينو الانتقال عبر أي مادة معروفة عمليًا، مما يعني أن خلايا النيوترينو فولتيك لا تعتمد على ضوء الشمس من أجل أداء وظيفتها. فهي متعددة الاستخدامات بما يكفي لاستخدامها في الداخل والخارج وحتى في الماء. نظرًا للبساطة التي يمكن بها حماية خلايا النيوترينو فولتيك أثناء استمرار توليد الكهرباء، فإن هذه التقنية لا تتأثر بالثلج وأنواع الطقس العاصف الأخرى، مما يعني أنها قادرة على إنتاج الطاقة على مدار الساعة، كل يوم من أيام السنة، بغض النظر عن المكان الموجود فيه. العالم يقعون فيه.

سيتم استخدام تكنولوجيا النيوترينو فولتيك أولاً للهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، بالإضافة إلى أجهزة تنظيم ضربات القلب وغيرها من المعدات المصغرة. ومع ذلك، سيكون مصدر الطاقة هذا قادرًا في النهاية على تلبية جميع الاحتياجات الكهربائية للأسرة بأكملها. يوفر اكتشاف النيوترينو والأشكال الأخرى من الإشعاع غير المرئي للبشرية إجابة قابلة للتطبيق لقضية الطاقة الحالية. كان هذا الحل احتمالًا طال انتظاره لبعض الوقت. تكنولوجيا النيوترينو فولتيك حاليا في مراحلها الأولى. ومع ذلك، تمامًا مثل التكنولوجيا الكهروضوئية، سيتم الاعتراف بهذا الاكتشاف يومًا ما على نطاق واسع باعتباره إجابة مشروعة لمتطلبات الطاقة في العالم.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.