نوع جديد من الخلايا الشمسية يُظهر إمكانية توليد الكهرباء ليلًا

تمتص تقنية الطاقة الشمسية التقليدية أشعة الشمس الواردة لتصطدم بالجهد الكهربائي.

والغريب في الأمر، أنّ بعض المواد قادرة على السير في الاتجاه المعاكس لإنتاج الطاقة لأنها تشع الحرارة مرةً أخرى في سماء الليل الباردة.

وأظهر الآن فريق من المهندسين في أستراليا نظرية قيد التنفيذ، مستخدمين نوع التكنولوجيا المتواجد عادةً في النظارات الليلية لتوليد الطاقة.

وحتى الآن، ولّد هذا النموذج كميةً قليلةً من الطاقة، ومن غير المرجح أن يصبح بنفسه مصدرًا تنافسيًّا للطاقة المتجدّدة، لكن مقرونًا بالتكنولوجيا الكهروضوئيّة الحالية، يمكنه تنظيم كميةً صغيرةً من الطاقة المُوفّرة من تبريد الخلايا الشمسية بعد عمل يوم طويلٍ حارّ.

تقول فيبي بيرس، العالمة الفيزيائية من جامعة نيو ساوث ويلز:《إنّ التحويل المباشر لضوء الشمس إلى كهرباء بواسطة الخلايا الكهروضوئيّة، هي عمليّة اصطناعية طوّرها الإنسان لتحويل الطاقة الشمسيّة إلى طاقةٍ كهربائيّة.

وبهذا المعنى، إنّ عملية الإشعاع الحراري متشابهة، فنحن نحوّل الطاقة المتدفّقة في الأشعة ما تحت الحمراء من أرضٍ دافئة إلى العالم البارد》.

تُجبر الإلكترونات على توليد تموّجات منخفضة الطاقة من الإشعاعات الكهرومغناطيسيّة على شكل أشعة ما تحت حمراء، من خلال وضع الذرّات في أيّ مادةٍ مهتزّةٍ بالحرارة.

وعلى الرغم من أنّ هذا الإلكترون المهتزّ قد يكون باهتًا، إلّا أنّه يبقى لديه القدرة على إطلاق تيّارٍ كهربائيٍّ بطيء.

كل ما نحتاجه هو إشارة مرورٍ إلكترونيةٍ أحادية الاتجاه تسمى الصمام الثنائي؛ يمكن لهذا الصمام المصنوع من التركيبة الصحيحة من العناصر تبديل الإلكترونات في الشارع لأنّه يخسر ببطء حرارته في بيئة أبرد.

في هذه الحالة، يُصنّع الصمّام من مركّب زئبق الكادميوم تيلورايد (MCT: mercury cadmium telluride) . ونظرًا لاستخدام هذا المركّب في الأجهزة التي تكتشف الأشعة ما تحت الحمراء، تُفهَم جيّدًا قدرته على امتصاص ضوء هذه الأشعة على مدى متوسطٍ أو طويلٍ وتحويله إلى تيارٍ كهربائي.

وما لم يكن واضحًا جيّدًا هو كيفيّة الاستخدام الأمثل لهذه الحيلة الخاصة كمصدرٍ فعليٍّ للطاقة.

ولّد أحد أجهزة الكشف الكهروضوئية المصنوعة من هذه المواد MCT والمجرّبة، طاقةً كهربائيّةً بمقدار 2.26 ملي واط لكلّ مترٍ مربع، بعد تسخينه على درجة حرارةٍ تقارب 20 درجة مئويّة(70 درجة فهرنهايت).

وما يجب معرفته، أنّه لا يكفي غلي إبريق ماءٍ لشرب قهوتك الصباحيّة.

ربما تحتاج لهذه المهمة الصغيرة إلى لوحات MCT كافية لتغطية مربعاتٍ سكنيةٍ صغيرة.

لكن حقًّا ليس هذا هو الهدف، لأنّ هذا المجال ما زال في بدايته، ولا يوجد أيُّ قدرةٍ على تطوير هذه التقنيّة أكثر في المستقبل.

ويقول مسؤول الدراسة Ned Ekins-Daukes:

《حتى الآن، إنّ ما نملكه من الإثبات للصمام الثنائي الحراري الإشعاعي هو طاقةً ضعيفةً نسبيًّا.

وكان أحد التحديّات هو اكتشافها بالفعل. لكنّ النظريّة تقول أنّه من الممكن أن تُنتج هذه التقنيّة أخيرًا ما يقارب عُشر طاقة الخليّة الشمسيّة》.

في هذه الأنواع من الكفاءات، قد يكون من المفيد العمل على نسج ثنائيات MCT في شبكاتٍ كهروضوئيةٍ نموذجية أكثر، إذ تستمر في شحن البطاريات لفترةٍ طويلةٍ بعد غروب الشمس.

لنكن واضحين، إن استخدام تبريد الكوكب كمصدرٍ للإشعاعات منخفضة الطاقة كانت فكرةً مسليّةً لأحد المهندسين لبعض الوقت. وأتت نتائجٌ مختلفةٌ مع كلّ تكاليفها ومنافعها بناءً على طرقٍ مختلفة.

ومن خلال فحص حدود كلٍّ منها وضبط قدراتها ضبطًا دقيقًا لامتصاص المزيد من نطاق التردد للأشعة ما تحت الحمراء، يمكننا الوصول إلى مجموعة من التقنيات القادرة على انتزاع كل قطرةٍ من الطاقة من أيّ نوعٍ من الحرارة الضائعة.

ويقول أيضًا دوكس: 《في المستقبل، قد تحصد هذه التقنية فعليًّا هذه الطاقة وتزيل الحاجة إلى استخدام البطاريات من بعض الأجهزة أو المساعدة في إعادة تعبئتها》.

ويضيف: 《هذا ليس شيئًا تكون فيه الطاقة الشمسية التقليدية بالضرورة خيارًا قابلًا للتطبيق》.