علماء ألمان يوظفون تقنية المنمنمات في توليد الطاقة من أسعة الشمس

في وقت ازدادت فيه تداعيات ظاهرة الاحتباس الحراري ومشاكل التلوث البيئي، الذي خلفته مصادر الطاقة التقليدية الأخرى، بدأ الكثير من العلماء يبحثون عن مصادر نظيفة للطاقة لا تنتج عنها ملوثات أو تلك الغازات المسببة لظاهرة الاحتباس الحراري. وتعتبر الخلايا الشمسية من وسائل الطاقة البديلة، التي بدأت تحتل مرتبة متقدمة في مجال الطاقات البديلة في العديد من بلدان العالم.

وبالرغم من أن منظومات تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية عُرفت منذ عقود عدة، فإن هذه المنظومات المسماة بـ"الخلايا السيليوكونية المتبلرة" تتميز بارتفاع تكاليف إنتاجها وحاجتها إلى الصيانة المستمرة، مما دفع بعض العلماء للبحث عن مواد بديلة عن السيليوكون المستخدم في الخلايا التقليدية. وفي هذا السياق كان الباحثون في معهد فرايبورغ لنظم الطاقة الشمسية في ألمانيا من السباقين لإنتاج خلايا بديلة عن تلك التي تُستخدم فيها مادة السيليكون.

وفي يونيو/ حزيران 2006 أعلن المعهد عن توصله إلى تحقيق تقدم في إنتاج الخلايا الشمسية الصبغية، التي تستخدم تقنية المنمنمات بدلاً عن السيليكون. وتم عرضها آنذاك خلال فعاليات معرض هانوفر. ويرى الدكتور أندرياس هينش من معهد فرايبورغ في لقاء مع موقعنا أنه ينتظر هذا النوع الجديد من الخلايا الصبغية، التي لم تنتج على المستوى التجاري بعد، فرص تسويقية كبيرة مستقبلاً، لما تتميز به من مزايا معمارية جذابة. فيمكن استخدامها على واجهات المباني الزجاجية لطبيعتها شبه الشفافة نظرا لاعتماد إنتاجها على تقنية المنمنمات التي تمنحها هذه الميزة.

ويضيف العالم الألماني بالقول: "إن هذه الخلايا الشمسية الصبغية ما تزال قيد البحث، وقد أجريت الكثير من التجارب المختبرية على قوة تحملها وعملها في ظروف مختلفة لمدة طويلة. كما أن تطويرها قطع خطوات كبيرة، لذلك نتوقع أن يبدأ إنتاجها تجارياً خلال السنوات القليلة القادمة".

الخلايا الصبغية في أروقة معرض المنمنمات في طوكيو

يحزم فريق العلماء في المعهد المذكور حقائبهم متوجهين إلى اليابان للمشاركة في معرض "تقنيات المنمنمات 2008" في العاصمة طوكيو، الذي يعد من أهم المعارض العالمية لتقنيات المنمنمات. وخلال المعرض، الذي يستمر لأسبوعين، سيعرض فريق العلماء الألمان اكتشافهم الجديد المتمثل بمنظومة تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال المادة اللونية العضوية الممزوجة بمنمنمات فائقة في الصغر.

وخلال الفترة بين 21 و23 فبراير/ شباط سيعرض فريق العلماء تقنيتهم الجديدة كأحدث الاختراعات التي توصلت إليها ألمانيا في هذا المجال.

الجدير بالذكر إن لوحة الخلايا الشمسية الكهرمانية اللون كانت قد أثارت في وقت سابق اهتمام العديد من المتخصصين في مجال توليد الطاقة الكهربائية باستخدام أشعة الشمس خلال حملة لتسويق "تقنيات المنمنمات في ألمانيا" التي نظمتها وزارة التعليم والبحث العلمي.

رخص تكلفة الإنتاج يمنح فرص انتشار أوسع

إن الأبعاد الصغيرة للخلية الشمسية الملونة والموضوعة في وسط مفرغ من الهواء بين شريحتين زجاجيتين، تثير الدهشة حقاً. وتتميز هذه الخلايا باعتدال تكلفة إنتاجها مقارنة بمثيلاتها، فمن الممكن فرشها على صفحة معدنية رقيقة. كما أن خلايا هينش يمكن أن توضع على احد الألواح الزجاجية ببساطة، ويكون هذا اللوح بمثابة حامل لها. أما المكونات الأساسية للخلية الشمسية الجديدة فهي مادة صبغية ذات مكونات عضوية- معدنية منتجة صناعياً. وحين تسقط أشعة الشمس على المادة الصبغية، فإن الأخيرة تمتص الطاقة الكامنة في الضوء. وخلال هذه العملية تطلق المادة الصبغية إلكترون من جزيئاتها. وتنتقل هذه الشحنة السالبة بين الالكتروليت المخزون بين اللوحين الزجاجيين. وتنقل المادة شبه الموصلة والمكونة من منمنمات ثاني أكسيد التيتانيوم الإليكترون إلى اللوح الزجاجي الثاني، مما يولد تياراً كهربائياً.

جهود متواصلة لرفع درجة الفاعلية

إن الطاقة الإنتاجية للخلايا الشمسية الصبغية ما تزال أقل من الخلايا السيليوكونية المتبلرة التقليدية، فهي لا تتمكن من تحويل أكثر من أربعة بالمائة إلى تيار كهربائي. ولكن هينش يتحدث عن تجارب مختبرية على نموذج بقياس X3030 سم تجاوزت طاقته الإنتاجية 10 بالمائة، ويضيف هينش قائلاً: "يتضح الفرق الكبير بين الخلايا الشمسية الصبغية والخلايا السيليوكونية الأخرى"، ويأمل الباحثون في رفع الطاقة الإنتاجية لهذا الخلايا مستقبلاً.