اكتشاف علمي يرفع كفاءة الخلايا الشمسية

قبل الحديث عن هذا الاكتشاف العلمي سأعطي نبذة بسيطة حول الطاقة الشمسية وألواحها، تقدر كمية الطاقة التي تسقطها الشمس على المتر المربع من الأرض بحوالي 1000 وات، أي واحد كيلو وات (إذا كنت الشمس متعامدة على الأرض كوقت الظهيرة)، ولكي نشرح ما معنى واحد كيلو وات، فإن واحد كيلو وات قادر على إضاءة فيلا متوسطة بالكامل، أما 3 كيلو وات فقادرة على تشغيل المكيف العادي (الشباك). أي أن أشعة الشمس الساقطة على ثلاثة أمتار مربعة من الأرض تحمل طاقة مقدارها 3 كيلو وات قادرة على تشغيل مكيف الشباك.

إذن أين المشكلة؟

المشكلة أن أفضل لوح شمسي اقتصادي يتم تصنيعه للاستخدام لا تصل كفاءته إلى 20 % على أفضل تقدير بينما يضيع 80 % من الطاقة الشمسية، بمعنى آخر أن اللوح الشمسي لا يستفيد إلا من 20 % من الطاقة الساقطة عليه أي 200 وات من مجمل 1000 وات الساقطة على المتر المربع للوح الشمسي.

فإذا أردنا تشغيل مكيف شباك بهذه الكفاءة فنحن نحتاج إلى 18 متر مربع من الألواح الشمسية بدلاً عن 3 أمتار مربعة (أي مساحة أكبر وألواحاً شمسية أكثر وبالتالي تكلفة أعلى).

وتعتبر هذه الألواح رغم انخفاض كفاءتها مجدية اقتصادياً لمن تصل فواتيرهم إلى 2000 ريال كمتوسط شهري طوال السنة (تطبيق الشركة السعودية للكهرباء يقوم بحساب المتوسط الشهري دون عناء من المشترك) بمعدل استرداد 7 سنوات لتكاليف تركيب الألواح، وبعد هذه الفترة تعتبر تكلفة الكهرباء شبه مجانية لمدة 18 سنة لاحقة باستثناء تكلفة استبدال محولات الألواح بعد 15 سنة من التركيب بسبب قصر عمرها الافتراضي (عمر الألواح الشمسية 25 سنة بينما عمر المحولات 15 سنة)، إلى هنا تنتهي النبذة البسيطة عن الطاقة الشمسية، وخلاياها وننتقل إلى الحديث عن الاكتشاف العلمي الذي سيغير مستقبل الطاقة الشمسية، بل ومستقبل الطاقة بشكل عام، ويُعد أحد أهم التحولات في الطاقة منذ بداية القرن الواحد والعشرين.

اكتشف العالم الفيزيائي أدولفو دي سانتوس بالمصادفة مع علماء آخرين بجامعة إكستير في المملكة المتحدة تقنية جديدة باستخدام مادة من أشباه الموصلات تسمى هافنيوم ديسولفايد قادرة على رفع كفاءة الخلايا الشمسية بمقدار ثلاثة أضعاف كفاءتها الحالية (أي ترفع كفاءة الخلايا الشمسية من 20 % إلى 60 %).

حيث تمكن العلماء من هندسة مجال كهربائي يعمل كقمع أو محقان لتوجيه (أو حقن) الشحنات الكهربائية نحو مساحة معينة من الشريحة الشمسية للاستفادة منها، ويمكن تشبيه هذه التقنية بعملية استخدام القمع البلاستيكي، أو المحقان لحقن السوائل في القارورة أو كعملية استخدام المحقان لتعبئة الزيت في محرك السيارة تماماً للحيلولة دون تناثر السوائل أو الزيت للخارج وفقدانه. فهذه التقنية تصنع قمعاً أو محقاناً من المجال الكهربائي للحيلولة دون فقدان الشحنات الكهربائية التي تم الحصول عليها من الطاقة الشمسية وتوجيهها إلى المساحة المحددة من الخلية الشمسية من دون تشتتها وفقدانها وبالتالي رفع كفاءة الشريحة الشمسية ثلاثة أضعاف كفاءتها الحالية أي رفع معدل الكفاءة من 20 % إلى 60 %.

أي سيصبح المتر المربع من الخلايا الشمسية قادر على إنتاج 600 وات (0.6 كيلو وات)، وسنحتاج لتشغيل مكيف الشباك إلى 6 أمتار مربعة من الألواح الشمسية بدلاً من 18 متراً مربعاً.

من المرجح أن تخفض هذه التقنية تكلفة الألواح الشمسية إلى النصف من تكلفتها الحالية أو أكثر، أي أن معدل استرداد التكاليف المذكور في المثال السابق سينخفض إلى 3.5 سنوات أو حتى أقل من ذلك بدلاً من 7 سنوات المذكورة آنفاً، والمرجح أن تجد هذه التقنية طريقها إلى الأسواق خلال الأربع سنوات القادمة.

الرياض