تولد هذه الورقة الإلكترونية كهرباء أكثر من الألواح الشمسية

ابتكر الباحثون في إمبريال كوليدج لندن هيكلًا جديدًا يشبه أوراق الشجر يمكنه جمع وتوليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية وإنتاج المياه العذبة، ومحاكاة العملية التي تحدث في النباتات الحقيقية.
ويستخدم هذا الابتكار، الذي يطلق عليه اسم "الصفائح الكهروضوئية"، مواد منخفضة التكلفة يمكن أن تلهم جيلاً جديدًا من تقنيات الطاقة المتجددة.
وقد أظهرت الدراسات أن الأوراق الكهروضوئية "يمكن أن تولد كهرباء أكثر بنسبة 10 في المائة من الألواح الشمسية التقليدية، التي تفقد ما يصل إلى 70 في المائة من الطاقة الشمسية للبيئة".
وإذا تم استخدامه بشكل فعال، فيمكن للاختراع أيضًا إنتاج أكثر من 40 مليار متر مكعب من المياه العذبة سنويًا بحلول عام 2050.
وقال الدكتور تشيان هوانغ، الباحث الفخري في قسم الهندسة الكيميائية ومؤلف الدراسة الجديدة: "يتمتع هذا التصميم المبتكر بإمكانيات كبيرة لتحسين أداء الألواح الشمسية بشكل كبير مع توفير الفعالية من حيث التكلفة والتطبيق العملي".
تم تصميم الأوراق الاصطناعية للتخلص من الحاجة إلى المضخات والمراوح وصناديق التحكم والمواد المسامية باهظة الثمن.كما أنها توفر الطاقة الحرارية، وتتكيف مع الظروف الشمسية المختلفة، وتتحمل درجات الحرارة المحيطة.
وقال كريستوس كريستال، رئيس مختبر عمليات الطاقة النظيفة ومؤلف الدراسة: "إن تنفيذ هذا التصميم المبتكر للصفائح يمكن أن يساعد في تسريع تحول الطاقة العالمية مع معالجة تحديين عالميين ملحين: الطلب المتزايد على الطاقة والمياه العذبة".قال ماركيدس.
تعتمد الأوراق الكهروضوئية على أوراق حقيقية وتحاكي عملية النتح، مما يسمح للنبات بنقل الماء من الجذور إلى أطراف الأوراق.
وبهذه الطريقة، يمكن للمياه أن تتحرك وتوزع وتتبخر من خلال الأوراق الكهروضوئية، بينما تحاكي الألياف الطبيعية حزم عروق الأوراق، ويحاكي الهيدروجيل خلايا الإسفنج لإزالة الحرارة بكفاءة من الخلايا الكهروضوئية الشمسية.
وفي أكتوبر 2019، طور فريق من العلماء في جامعة كامبريدج "ورقة اصطناعية" يمكنها إنتاج غاز نقي يسمى غاز التخليق باستخدام ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء فقط.
ثم، في أغسطس 2020، قام باحثون من نفس المؤسسة، مستوحاة من عملية التمثيل الضوئي، بتطوير "أوراق اصطناعية" عائمة يمكنها استخدام ضوء الشمس والماء لإنتاج وقود نظيف.ووفقا للتقارير في ذلك الوقت، ستكون هذه الأجهزة المستقلة خفيفة بما يكفي لتطفو وتكون بديلا مستداما للوقود الأحفوري دون أن تشغل مساحة من الأرض مثل الألواح الشمسية التقليدية.
هل يمكن لأوراق الشجر أن تكون الأساس للابتعاد عن الوقود الملوث والاتجاه نحو خيارات أنظف وأكثر اخضرارًا؟
تتبدد معظم الطاقة الشمسية (> 70%) التي تصل إلى الألواح الكهروضوئية التجارية على شكل حرارة، مما يؤدي إلى زيادة في درجة حرارة التشغيل وتدهور كبير في الأداء الكهربائي.عادة ما تكون كفاءة الطاقة الشمسية للألواح الكهروضوئية التجارية أقل من 25%.نعرض هنا مفهوم الشفرة الكهروضوئية متعددة التوليد الهجين مع بنية النتح المحاكاة الحيوية المصنوعة من مواد صديقة للبيئة وغير مكلفة ومتاحة على نطاق واسع للتحكم السلبي الفعال في درجة الحرارة والتوليد المتعدد.لقد أثبتنا تجريبيًا أن النتح المحاكي الحيوي يمكن أن يزيل حوالي 590 واط/م2 من الحرارة من الخلايا الكهروضوئية، ويقلل درجة حرارة الخلية بحوالي 26 درجة مئوية عند إضاءة 1000 واط/م2، ويؤدي إلى زيادة نسبية في كفاءة الطاقة بنسبة 13.6%.بالإضافة إلى ذلك، يمكن للشفرات الكهروضوئية استخدام الحرارة المستردة بشكل تآزري لتوليد حرارة إضافية ومياه عذبة في نفس الوقت في وحدة واحدة، مما يزيد بشكل كبير من كفاءة استخدام الطاقة الشمسية الإجمالية من 13.2% إلى أكثر من 74.5% وتوليد أكثر من 1.1 لتر/ساعة. ./ م2 ماء نقي .