علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Scientists Create Clear Coating To Invisibly Turn Windows Into Solar Panels
(David Nield – بقلم: ديفيد نيلد)
طوّر علماء طلاءً شفافًا جديدًا كليًا يُمكن وضعه على أي نافذة عادية لتحويلها إلى لوح شمسي فعال، مع الحفاظ على شفافية النافذة إلى حد كبير.
وكان هذا من عمل فريق من جامعة نانجينغ في الصين، وقد طوّر الباحثون بالفعل نموذجًا أوليًا صغيرًا يعمل. وبتوسيع نطاقه ليشمل جميع النوافذ المتاحة حول العالم، يُمكننا الحديث عن تيراواط (التيراواط (TW) هي وحدة قياس للطاقة، وهي تساوي 1012 واط او 1,000,000,000,000 من الطاقة الكهربائية) من الطاقة الخضراء.
ويُعرف هذا الطلاء تقنيًا باسم “مُكثّف شمسي حيودي أحادي الاتجاه عديم اللون” (CUSC)، وهو يُوجّه بعض فوتونات ضوء الشمس إلى جوانب لوح النافذة حيث تُحوّلها الخلايا الكهروضوئية المُركّبة إلى كهرباء، بينما يمرّ الضوء المتبقي من خلاله.
ويقول مهندس البصريات وي هو: “يُمثل تصميم المُكثّف الشمسي الحيودي أحادي الاتجاه عديم اللون خطوةً للأمام في دمج تقنية الطاقة الشمسية في البيئة المبنية دون المساس بالجماليات”. ويضيف: “إنه يُمثل استراتيجيةً عمليةً وقابلةً للتطوير للحد من انبعاثات الكربون وتحقيق الاكتفاء الذاتي من الطاقة”.
ويتفوق هذا الطلاء الجديد على الخيارات الحالية من حيث الشفافية وقابلية التطوير والكفاءة، وفقًا للباحثين. ولا يزال الطلاء يسمح بمرور 64.2% من الضوء المرئي، ويحافظ على دقة ألوان تبلغ 91.3%.
وتُصنع المادة من بلورات سائلة كوليسترية[1] (CLCs)، ذات خصائص تُمكّن من التفاعلات اللازمة مع الضوء أثناء مروره. ومن خلال تكديس طبقات مختلفة من البلورات السائلة الكوليسترية، يُمكن للطلاء تغطية كامل طيف الضوء.
والأهم من ذلك، أن استقطابًا واحدًا فقط للضوء – أي استقطاب واحد من بين الطرق المتعددة التي يتحرك بها الضوء كموجة – يُحجز ويُسحب لتحويله إلى طاقة. وهذا يُمكّن النافذة من مواصلة عملها كنافذة.
ويقول مهندس البصريات ديوي تشانغ: “من خلال هندسة بنية أغشية الكريستال السائل الكوليستيرية، نبتكر نظامًا يحيد الضوء المستقطب دائريًا بشكل انتقائي، ويوجهه إلى الدليل الموجي الزجاجي بزوايا حادة”.
وفي الاختبارات التي أجريت باستخدام ضوء الليزر الأخضر – وهو اللون الأكثر حساسية للعين البشرية – تم التقاط 38.1% من الطاقة المتاحة وتحويلها، وهو أقصى إمكانات عالية لهذه التقنية. وفي الاختبارات التي استخدمت ظروفًا أكثر واقعية والطيف الضوئي الكامل، بلغت الكفاءة الإجمالية 18.1%.
وقد تمكن الباحثون بالفعل من تطوير نموذج أولي بحجم بوصة واحدة باستخدام هذا الطلاء، والذي يجمع طاقة كافية لتشغيل مروحة صغيرة. وبتوسيع نطاقه إلى نافذة كاملة الحجم، يمكن توليد كمية كبيرة من الكهرباء.
وبما أن الطلاء يُمكن تطبيقه على النوافذ العادية، دون الحاجة إلى تعديلات كثيرة، يأمل الفريق أن يصبح هذا المنتج قابلاً للتطبيق تجاريًا – مع أنه لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به قبل ذلك.
ويقول الباحثون إنه يُمكن بذل المزيد من الجهود لتحسين استقرار الطلاء وتصنيعه، كما يجب تحسين كفاءة تحويل الطاقة – أي إجمالي كمية الطاقة الشمسية الواردة التي تُحوّلها فعليًا إلى كهرباء قابلة للاستخدام. حاليًا، يبلغ هذا الرقم 3.7%، وهو نسبة منخفضة نسبيًا.
وكتب الباحثون في ورقتهم البحثية المنشورة: “لزيادة الإنتاج، يجب مراعاة العديد من التحسينات في المواد والإجراءات”. وللمعلومية، فقد نُشرت الورقة البحثية في مجلة “فوتون آي اكس” (PhotoniX).
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://www.sciencealert.com/scientists-create-clear-coating-to-invisibly-turn-windows-into-solar-panels
الهوامش:
[1] البلورات السائلة الكوليسترية والمعروفة ايضا باسم البلورات السائلة النيماتية الكيرالية هي مجموعة فوق جزيئية وفئة فرعية من البلورات السائلة تتميز بكيراليتها. والكيرالية هي خاصية الكائن التي تجعله غير قابل للتركيب على صورته المرآة، مث لاليد اليسرى واليمنى. ينطبق هذا المفهوم على الجزيئات والأشياء والهياكل الأخرى، حيث يوجد الجزيء الكيرالي على شكل شكلين من أشكال الصورة المرآة “اليسرى” و”اليمنى” تسمى المتضادات الضوئية. في الكيمياء، يحتوي الجزيء الكيرالي غالبًا على ذرة مركزية مرتبطة بأربع مجموعات مختلفة، مما يخلق عدم تناسق ثلاثي الأبعاد. المصدر: ويكيبيديا
