هذه المقالة هي أعيد نشرها من المحادثة تحت أ رخصة المشاع الإبداعي.
أصبح مشهد الألواح الشمسية المثبتة على أسطح المنازل ومزارع الطاقة الكبيرة أمرًا شائعًا في العديد من المناطق حول العالم. حتى في المملكة المتحدة الرمادية والممطرة، أصبحت الطاقة الشمسية لاعبًا رئيسيًا في توليد الكهرباء.
هذه الزيادة في الطاقة الشمسية تغذيها تطوران رئيسيان. أولاً، يتعلم العلماء والمهندسون والعاملون في الصناعة كيفية صنع الألواح الشمسية بالمليارات. يتم تحسين كل خطوة تصنيع بدقة لإنتاجها بسعر رخيص جدًا. أما العامل الثاني والأكثر أهمية فهو الزيادة المتواصلة في كفاءة تحويل الطاقة للألواح، وهو مقياس لكمية ضوء الشمس التي يمكن تحويلها إلى كهرباء.
كلما زادت كفاءة الألواح الشمسية، كلما كانت الكهرباء أرخص. قد يجعلك هذا تتساءل: ما مدى كفاءة الطاقة الشمسية التي يمكن أن نتوقعها؟ وهل سيؤثر ذلك على فواتير الطاقة لدينا؟
تعمل الألواح الشمسية المتوفرة تجاريًا اليوم على تحويل حوالي 20 إلى 22 بالمائة من ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية. ومع ذلك، فقد أظهر بحث جديد نُشر في مجلة Nature أن الألواح الشمسية المستقبلية يمكن أن تصل إلى كفاءات تصل إلى 34% من خلال استغلال تقنية جديدة تسمى الخلايا الشمسية الترادفية. يوضح البحث كفاءة قياسية في تحويل الطاقة للخلايا الشمسية الترادفية.
ما هي الخلايا الشمسية جنبا إلى جنب؟
يتم تصنيع الخلايا الشمسية التقليدية باستخدام مادة واحدة لامتصاص أشعة الشمس. في الوقت الحالي، تُصنع جميع الألواح الشمسية تقريبًا من السيليكون، وهي نفس المادة الموجودة في قلب الرقائق الدقيقة. في حين أن السيليكون مادة ناضجة وموثوقة، فإن كفاءته تقتصر على حوالي 29 بالمائة.
للتغلب على هذا الحد، لجأ العلماء إلى الخلايا الشمسية الترادفية، التي تقوم بتكديس مادتين شمسيتين فوق بعضهما البعض لالتقاط المزيد من طاقة الشمس.
في ورقة Nature الجديدة، أعلن فريق من الباحثين في شركة الطاقة العملاقة LONGi عن خلية شمسية ترادفية جديدة تجمع بين مواد السيليكون والبيروفسكايت. وبفضل تحسين حصاد ضوء الشمس، حقق ترادف البيروفسكايت والسيليكون الجديد رقمًا قياسيًا عالميًا في الكفاءة بنسبة 33.89 بالمائة.
وقد برزت مواد البيروفسكايت الشمسية، التي تم اكتشافها قبل أقل من عقدين من الزمن، باعتبارها المكمل المثالي لتكنولوجيا السيليكون الراسخة. السر يكمن في قابلية ضبط امتصاص الضوء. يمكن لمواد البيروفسكايت التقاط الضوء الأزرق عالي الطاقة بكفاءة أكبر من السيليكون.
وبهذه الطريقة، يتم تجنب فقدان الطاقة وزيادة الكفاءة الترادفية الإجمالية. كما تم استخدام مواد أخرى، تسمى أشباه الموصلات III-V، في الخلايا الترادفية وحققت كفاءات أعلى. تكمن المشكلة في صعوبة إنتاجها وارتفاع تكلفتها، لذا لا يمكن تصنيع سوى خلايا شمسية صغيرة مع ضوء مركّز.
يبذل المجتمع العلمي جهدًا هائلاً في خلايا البيروفسكايت الشمسية. لقد حافظوا على وتيرة تطور هائلة مع ارتفاع الكفاءة (لخلية واحدة في المختبر) من 14% إلى 26% خلال 10 سنوات فقط. وقد مكنت هذه التطورات من دمجها في الخلايا الشمسية الترادفية فائقة الكفاءة، مما يدل على طريق لتوسيع نطاق التكنولوجيا الكهروضوئية إلى تريليونات الواط التي يحتاجها العالم لإزالة الكربون من إنتاج الطاقة.
تكلفة الكهرباء الشمسية
يمكن للخلايا الترادفية الجديدة التي حطمت الرقم القياسي التقاط 60 بالمائة إضافية من الطاقة الشمسية. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى عدد أقل من الألواح لإنتاج نفس الطاقة، مما يقلل تكاليف التركيب والأرض (أو مساحة السطح) اللازمة لمزارع الطاقة الشمسية.
ويعني ذلك أيضًا أن مشغلي محطات الطاقة سيولدون الطاقة الشمسية بربح أعلى. ومع ذلك، نظرًا للطريقة التي يتم بها تحديد أسعار الكهرباء في المملكة المتحدة، فقد لا يلاحظ المستهلكون أبدًا فرقًا في فواتير الكهرباء الخاصة بهم. يأتي الفرق الحقيقي عندما تفكر في تركيبات الطاقة الشمسية على الأسطح حيث تكون المساحة محدودة ويجب استغلال المساحة بفعالية.
