الألواح الشمسية عبارة عن ألواح كهروضوئية شبه موصلة تولد الكهرباء مباشرة من ضوء الشمس. طالما تم استيفاء كمية معينة من الضوء ، يمكن تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة حرارية. في الآونة الأخيرة ، طور العلماء في جامعة ستانفورد تقنية جديدة تسمح للألواح الشمسية بتوليد الكهرباء في الظلام.
صورة
وفقًا لورقة بحثية نُشرت في Applied Physics Letters ، فإنها تعمل مثل الألواح الشمسية الكلاسيكية ، وتحول ضوء الشمس إلى كهرباء خلال النهار. في الليل ، يحصد المولد الكهروحراري المدمج (TEG) الكهرباء من اختلاف درجات الحرارة بين الخلايا الكهروضوئية والبيئة المحيطة.
صورة
كما نعلم جميعًا ، تنقل الفوتونات الطاقة الحركية إلى الجزيئات بعد اصطدامها بجزيئات المادة ، وتبدأ الجزيئات في توليد الحرارة عندما ترتفع طاقتها الحركية. لذلك ، فإن أي كائن باستثناء الصفر المطلق سيصدر أشعة تحت الحمراء. الشيء الوحيد الذي يمكن أن يشعر بوجود الأشعة تحت الحمراء هو تأثيرها الحراري ، لكن هذه العملية ليست بأي حال من الأحوال طريقًا أحادي الاتجاه.
يعمل الإشعاع الشمسي على تسخين الأرض أثناء النهار ويتم إطلاقه كضوء الأشعة تحت الحمراء في الليل. طور العلماء صمامًا ثنائيًا للإشعاع الحراري مصنوعًا من نفس مادة نظارات الرؤية الليلية بالأشعة تحت الحمراء ، والتي تحول الطاقة الحرارية المنبعثة من مصادر الحرارة إلى المناطق الأكثر برودة إلى طاقة كهربائية.
عند تحويل محول الطاقة من الطرف البارد إلى الطرف الساخن لصنع الألواح الشمسية ، قال الباحثون إن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تحقيق هذه التقنية في العالم ، على الرغم من أنها لا تولد سوى حوالي 1/10 من كهرباء الألواح الشمسية في في الليل ، طالما استمرت في التحسن ، في المستقبل ، قد يكون من الممكن إنشاء أجهزة تعمل فقط على الحرارة المنبعثة من البشر أو الحيوانات.
قال شانهوي فان ، المهندس الكهربائي في جامعة ستانفورد الذي قاد الدراسة ، إنهم قاموا بربط مادة عازلة تسمى الوحدة الكهروحرارية بالخلايا الكهروضوئية. تعمل المادة مثل السد الكهرومائي ، حيث تمتص تدفق الحرارة وتولد الطاقة منه.
تعمل التقنية عن طريق حبس حرارة النهار في المبرد. بعد ذلك ، عندما تُشع هذه الطاقة بشكل طبيعي إلى الفضاء ، يمكن التقاط بعض منها بواسطة TEG وهي مادة فريدة تحبس الأطوال الموجية الحرارية.
على الرغم من هذا الاختراق ، لا تزال التكنولوجيا تواجه العديد من التحديات. أولاً ، تبلغ الطاقة المولدة ليلاً 50 ميجاوات / متر مربع فقط ، مقارنة بحوالي 1000 واط / متر مربع للألواح الشمسية القياسية. ثانيًا ، تبرد الحرارة بسرعة نسبيًا ، مما يترجم إلى اضمحلال في الكهرباء المولدة.
لكن هذه التقنية مثيرة ويمكن استخدامها في التطبيقات منخفضة الطاقة أو حيث يوجد مصدر حرارة موثوق ، مثل مصابيح LED للإضاءة أو شحن الهواتف أو أجهزة الاستشعار.
