تعد جامعة هونغ كونغ البوليتكنيك (Hong Kong Polytechnic University) من المؤسسات البحثية المتقدمة في مجال الطاقة الشمسية المتجددة، وقد طورت خلية شمسية متعددة الوصلات تجمع بين البيروفسكايت والعضوية لتطوير استقرارها تحت ضغط الجهد العكسي السلبي. هذه التقنية الجديدة تقاوم الأضرار الناتجة عن حالات الظل الجزئي التي تؤثر على أداء خلايا الطاقة الشمسية الرقيقة.
بحسب بيان جامعة هونغ كونغ البوليتكنيك الرسمي، طورت الجامعة خلية ضوئية رقيقة بنظام بيروفسكايت-عضوي تحافظ على أكثر من 90% من كفاءة توليد الطاقة تحت اختبار جهد عكسي -40 فولت. التفاصيل التقنية لهذه الخلية منشورة في مجلة Nature Materials عبر به المسجلة بالعربية.
المواصفات التقنية وأداء الخلية متعددة الوصلات
الخلية الشمسيّة طورت لتقليل الشوائب والعوائق الكهربائية التي تحدث تحت جهد عكسي، مما يحسن موثوقية عمليات توليد الطاقة.
النقاط التقنية البارزة تشمل:
- تثبيط تجمعات ناقلات في طبقة تداخل المانح والمستقبل.
- تحقيق جهد تصدع لا رجعي يفوق -35 فولت، مما يمنع الضرر الدائم ضمن هذا الحد.
- طلاء طبقة بيروفسكايت بطبقة شبه موصلة عضوية لتقليل احتمال اللدن العكسي والتسرب الكهربائي.
- احتفاظ بالقدرة الكهربائية بنسبة 90% بعد تشغيل مستدام بجهد -20 فولت لمدة 12 ساعة.
- احتفاظ بنسبة 97% من كفاءة البداية بعد تشغيل متواصل تحت -4.5 فولت لمدة 2000 ساعة.
حماية الخلية من التلف الكهربائي وظروف الظل الجزئي
تتعرّض خلايا الطاقة الشمسية الرقيقة لمشاكل جهد عكسي ناتجة عن التظليل الجزئي الذي يسبب تحملاً غير طبيعي، يؤدي إلى فك ارتباط الشحنات وتكوّن مصفوفات حرارية داخلية.
تعمل الخلية الجديدة على تقليل عمليات التدمير الناجمة عن هذه الظاهرة عبر:
- تقليل هجرة الأيونات وفجوات التسرب في طبقات الامتصاص.
- تثبيت العيوب العميقة كمصيدة لشحنات الطاقة بدل تسببها بخسائر.
- حماية طبقة البيروفسكايت من الانهيار الكهربائي الناتج عن ظاهرة النفق العكسي.
الاستقرار والاختبارات العملية للخلية الشمسية
كانت اختبارات الأداء تحت جهد عكسي عالية الدقة أساسية لتأكيد القدرة على تشغيل الخلايا في بيئات تحوي تظليلاً جزئياً مع الحفاظ على الكفاءة.
أظهرت الاختبارات أن خلية البيروفسكايت-عضوية متعددة الوصلات تفقد أقل من 10% من كفاءتها تحت ضغط -40 فولت، وهذا يتفوق على أداء باقي تقنيات الخلايا الرقيقة مثل CIGS وCdTe. كما برهن البحث على ثبات الأداء خلال فترة تشغيل طويلة وتمدد عمليات اختبار في وحدات مصغرة قابلة للتوسع.
| البند | القيمة | الملاحظة |
|---|---|---|
| جهد التصدم العكسي اللا رجعي | -35 فولت | حد الأمان بدون ضرر دائم |
| الثبات تحت جهد -40 فولت | أكثر من 90% من الكفاءة الأولية | اختبار عكسي لمراقبة الأداء |
| الثبات بعد 12 ساعة عند -20 فولت | 90% كفاءة أولية | تشغيل مستمر للتحقق من التحمل |
| الثبات بعد 2000 ساعة عند -4.5 فولت | 97% كفاءة أولية | تشغيل طويل الأمد تحت جهد منخفض |
انعكاسات محتملة على قطاع الطاقة الخليجي
هذه التكنولوجيا قد تساهم في تحسين موثوقية وحدات الطاقة الشمسية الرقيقة في دول الخليج، حيث تظليل الألواح يحدث بسبب البناء والتربة. وقد تشكل قاعدة لتطوير وحدات خلايا شمسية رقيقة متعددة الوصلات يمكن تركيبها في مشاريع كبيرة ضمن رؤية السعودية 2030 التي تستهدف 50% طاقة متجددة.
بالإضافة، تمثل هذه التقنية خطوة مهمة في تعزيز كفاءة واستقرار تقنيات بيروفسكايت العضوية على المدى الطويل، مما يفتح آفاقاً في صناعة الطاقة المتجددة الخليجية ويعزز فرص تصدير التكنولوجيا إلى الأسواق الأوروبية المنفتحة على حلول الطاقة النظيفة. يمكن الاطلاع على المزيد ضمن أخبار الطاقة المتجددة المتخصصة.
أسئلة شائعة
ما الفرق بين الطاقة الشمسية الفوتوفولتية والطاقة الشمسية المركزة؟
الطاقة الشمسية الفوتوفولتية تحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء باستخدام خلايا ضوئية، في حين أن الطاقة الشمسية المركزة تجمع الحرارة من الشمس عبر مرايا لتركيز أشعة ضوئية على مائع يُستخدم لاحقاً في توليد الكهرباء.
ما هو جهد عكسي في خلايا الطاقة الشمسية ولماذا يهم؟
الجهد العكسي هو حالة كهربائية تحدث عندما تتعرض بعض خلايا الطاقة الشمسية لظل جزئي، مما يقلل جهدها ويسبب تفريغ الطاقة بدلاً من توليدها. هو مضر لأنه يؤدي إلى تدهور الخلايا وانخفاض كفاءتها، لذا مقاومته تعزز عمر النظام.
ما هي مزايا خلايا البيروفسكايت-عضوية متعددة الوصلات؟
تجمع هذه الخلايا بين مزايا امتصاص الطاقة العالي للبيروفسكايت وكفاءة الاستقرار للمواد العضوية، مع تحسين مقاومة الجهد العكسي، مما يقلل فقدان الأداء الناتج عن الظل الجزئي والعيوب.
كيف تؤثر هذه التقنية على استثمارات الطاقة المتجددة؟
تحسين استقرار وكفاءة الخلايا يقلل من مخاطر الصيانة والتدهور، ما يرفع جاذبية مشاريع الطاقة الشمسية المتجددة للمستثمرين، خصوصاً في مناطق تنشط بها مشاكل الظل مثل المدن والسواحل.
هل يعتبر هذا البحث خطوة نحو مشاريع خلايا شمسية رقيقة أكبر؟
نعم، دراسة جامعة هونغ كونغ البوليتكنيك تؤكد إمكانية إنتاج وحدات خلايا رقيقة متعددة الوصلات بمواصفات ثبات عالية قابلة للتوسعة والتطبيق العملي في مشاريع تجارية.
ما أهمية طبقة الفيلم العضوي في هذه الخلايا؟
تعمل طبقة الفيلم العضوي على تقليل ظاهرة النفق العكسي التي تسبب تسرب الشحنات الكهربائية، مما يقلل من حرارة الخلية ويحسن ثباتها وفعاليتها على المدى الطويل.
كيف يمكن مقارنة هذه التقنية بخلايا CIGS وCdTe؟
تقنية بيروفسكايت-عضوية التي طورتها جامعة هونغ كونغ تتفوق في مقاومة الجهد العكسي والتدهور مع حفاظها على كفاءة عالية لفترات تشغيل طويلة، مقارنة بخلايا CIGS وCdTe الرقيقة التقليدية.
هذا المحتوى إخباري وتحليلي فقط ولا يمثل توصية استثمارية أو مالية. استشر مستشاراً مالياً مرخصاً قبل أي قرار استثماري.
