جاءت فكرة عمل الألواح الشمسية في الليل عندما لاحظ المهندسون صفاء السماء فوق مدينة ستانفورد بولاية كاليفورنيا ليلاً لعدة أيام.

قال المهندس ال سوراريت وزملائه الباحثين في جامعة ستانفورد لمجلة IE أن تلك الظروف الجوية كانت مناسبة لتطوير هذه التقنية.

خلال النهار تمتص الخلايا الشمسية ضوء الشمس ولكن أثناء الليل يحدث العكس  وتقوم الألواح الشمسية بطرح الحرارة فتنبعث منها فوتونات يتم استخدامها لتوليد الكهرباء.

عندما تغادر الفوتونات اللوح الشمسي فإنها تتبادل الحرارة معه وهذا يعني أنه في ليلة صافية عندما لا توجد غيوم لتعكس الأشعة تحت الحمراء باتجاه الأرض سيكون سطح اللوح الشمسي أبرد ببضع درجات من الهواء المحيط به

هذا الفرق في درجات الحرارة هو الذي استفاد منه المهندسون لتطوير جهازهم والذي اطلقوا عليه أسم المولد الكهروحراري

والذي يلتقط الحرارة من الهواء الدافئ إلى الألواح الشمسية الأكثر برودة ويحولها إلى كهرباء.

ما هي كمية الكهرباء التي يولدها الجهاز ؟

يولد الجهاز في ليلة صافية ما يقرب خمسين ميلي واط لكل متر مربع، لكن يأمل المهندسون بإجراء بعض التحسينات التي ستمكنه من توليد ضعف هذه الكمية.

يقول المهندسون أنه من المحتمل أن يكون الحد النظري لكمية الكهرباء المتولدة من الجهاز حوالي واحد أو اثنين واط لكل متر مربع.

قد يكون هذا الرقم ليس كبيراً ولكن هناك الكثير من التطبيقات التي تحتاج إلى هذه الكمية من الطاقة.

على سبيل المثال لا يمتلك حوالي مليار شخص حول العالم إمكانية الوصول إلى الشبكة الكهربائية والذين يمكنهم الاستفادة من هذه التقنية.

بشكل عام يمكن للبشر الذين يصعب عليهم الوصول للشبكة الكهربائية الاعتماد على الطاقة الشمسية أثناء النهار ولكن في الليل لا توجد مصادر لتوليد الكهرباء.

في هذه الحالة المولدات الكهروحرارية المستخدمة في الألواح الشمسية تكون حل مناسب وخاصةً أن العمر الافتراضي لهذه التكنولوجيا لانهائي.

يمكن استخدام هذه التكنولوجيا أيضاً في تشغيل شبكة هائلة من أجهزة الاستشعار البيئية التي يستخدمها الباحثون لمراقبة الأشياء.

فكرة تطوير هذه التقنية

تتلقى الأرض باستمرار كمية هائلة من الطاقة من الشمس تصل إلى 173000 تيرا وات.

تعكس السحب والجسيمات الموجودة في الغلاف الجوي والأسطح العاكسة مثل الجبال المغطاة بالثلوج على الفور 30% من تلك الطاقة للفضاء

وينتهي بحوالي 70% منها بتدفئة الأرض والمحيطات والغيوم والغلاف الجوي وكل شيء آخر على كوكب الأرض.

أيضاً بمجرد أن بدأ البشر في استخدام الوقود الأحفوري منذ الثورة الصناعية أصبحت الأرض تنتج نفس المقدار من الطاقة التي تتلقاها.

وهذا هو السبب في أن كوكب الأرض يصدر كمية كبيرة من الطاقة على شكل أشعة تحت حمراء.

ما فعله المهندسون هو ابتكار طريقة جديدة لالتقاط تلك الطاقة وهم لم يكونوا أول من استخدم مولداً حرارياً لالتقاط هذا النوع من الطاقة

ففي عام 2019 غطت مجلة IE أحد الابتكارات الكبيرة الأولى من هذا النوع في الفضاء.

من خلال دمج هذه التقنية مع الألواح الشمسية التي تولد الكهرباء خلال النهار، اتخذ المهندسون خطوة مهمة في تطوير مصادر انتاج الطاقة الكهربائية.

ما هي التحديات التي واجهت هذه التقنية ؟

قال المهندسون أنهم علقوا قليلاً في البداية على الرقم الذي حصلوا عليه من توليد الكهرباء ولم يكن قريباً مما توقعوه

ولكن بعد شهور من التحليل أظهرت التجارب أن الجهاز أنتج حوالي عُشر كمية الكهرباء التي كانوا يتوقعونها.

ومن خلال هذه التجارب تبين أن هناك الكثير من التحديات التي ستواجههم في تطوير هذه التقنية، حيث تبين أن الخلايا الشمسية ليست موصلة جيدة للحرارة.

أدرك المهندسون أن الطاقة المهدورة من حواف الألواح الشمسية لا تساهم في إنتاج الطاقة

لأن الطاقة الحرارية لا يمكن أن تنتقل بسهولة عبر الخلية الشمسية نفسها.

و قام المهندسون بإصلاح  هذه المشكلة عن طريق ربط الخلية الشمسية مباشرة بلوح من الألمنيوم والذي يوصل الطاقة الحرارية بشكل أكثر كفاءة.

المصدر: اضغط هنا

• إعداد: المهندسة بيان مهنا
• تدقيق: المهندسة أسماء حمود
• تحرير: المهندس بشار الحجي