تُعدّ الألواح الشمسية أحد مظاهر انتشار مصادر الطاقة المتجددة، في ظل السعي إلى توليد كهرباء نظيفة بعيدًا عن الوقود الأحفوري، لتحقيق أهداف المناخ العالمية.

فضوء الشمس هو مصدر الطاقة الأكثر وفرة على وجه الأرض، ويُسخّر الآن بوساطة مجموعة واسعة من الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون على أسطح المنازل وفي الحقول حول العالم.

إلّا أن جيلًا جديدًا من الألواح بدأ يظهر باستعمال فئة من المواد تُسمّى البيروفسكايت، وهي موادّ أرقّ وأخف وزنًا وأقل صلابة، وتُولّد كهرباء أكبر.

ووفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، تتيح هذه التقنية إمكان دمج الألواح الشمسية في أماكن جديدة، مثل أسطح السيارات وأعمدة الإنارة، وحتى النوافذ.

كما قد يعني ذلك زيادة توليد الطاقة الشمسية دون الحاجة إلى تخصيص مساحة كبيرة لمزارع الطاقة الشمسية.

أنواع الألواح الشمسية

يُمكن استعمال خلايا البيروفسكايت الشمسية مع السيليكون أو دونه لتصنيع الألواح الشمسية، ويُعدّ النوع الأكثر شيوعًا هو الخلايا الترادفية، مع طبقة من البيروفسكايت فوق السيليكون.

ويُعزز الجمع بين النوعين من المواد امتصاص الضوء لتوليد الكهرباء؛ إذ يتميز البيروفسكايت بفاعلية خاصة في امتصاص الضوء "الأزرق" عالي الطاقة، في حين يُعدّ السيليكون أكثر فاعلية في استعمال الضوء "الأحمر" منخفض الطاقة.

تقول شركة أكسفورد بي في (Oxford PV) -وهي شركة بريطانية مطوّرة للألواح الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت-، إن خلاياها الترادفية قادرة على توليد كهرباء أكثر بنسبة 20.0% من حجم لوح معين، ومن المتوقع تحقيق المزيد من المكاسب مع تطوّر التقنية.

ويستعمل النوع الآخر من الخلايا البيروفسكايت بمفرده، وهو أرقّ من السيليكون المستعمل في الخلايا الشمسية بما يتراوح بين 200 و300 مرة.

ويُمكن استعمال طبقات متعددة من البيروفسكايت، كل منها مصمم لامتصاص أطوال موجية مختلفة من الضوء، ويتميز هذا النوع من الألواح بمرونة أكبر بكثير من تلك التي تستعمل السيليكون.

ويُمكن لفّ الخلايا التي تحتوي على البيروفسكايت فقط على شكل لفافة، في حين يُمكن للخلايا الترادفية أن تنحني قليلًا لتغطي سطح جناح الطائرة، وفقًا للرئيس التنفيذي لشركة أكسفورد بي في، ديفيد وارد.

مزايا خلايا البيروفسكايت الشمسية وعيوبها

سلّط تقرير حديث نشرته صحيفة "فايينشال تايمز" (Financial Times) الضوء على مزايا خلايا البيروفسكايت الشمسية:

• بما أن الألواح الشمسية الترادفية أكثر كفاءة من السيليكون، فإنها قادرة على توليد كمية الكهرباء نفسها من مساحة أصغر، ما يوفر مساحة لاستعمالات أخرى.
• في الوقت نفسه، بفضل رقة ألواح البيروفسكايت ومرونتها، يُمكن استعمالها على مجموعة متنوعة من الأسطح المختلفة، مثل مواقف الحافلات، وواجهات المباني، وأسطح المركبات الكهربائية.
• وعندما تُصمّم لتكون شبه شفافة، يُمكن إضافتها إلى النوافذ مع السماح بدخول ضوء الشمس.
• كما أن عملية التصنيع بسيطة نسبيًا وموفرة للطاقة؛ إذ يُمكن رش محلول البيروفسكايت على سطح ما مثل الحبر، ثم يُسخّن ليُتبلور، عند درجات حرارة أقل بكثير من تلك المطلوبة لتنقية السيليكون.

وعلى الرغم من ذلك، تنطوي خلايا البيروفسكايت الشمسية على بعض العيوب مقارنةً بالسيليكون:

• البيروفسكايت أكثر عرضة للتدهور؛ إذ يوضح مدير معهد التقنية المتقدمة بجامعة سري (University of Surrey)، البروفيسور رافي سيلفا، الذي يُجري أبحاثًا على خلايا البيروفسكايت: "بمجرد تبلور البيروفسكايت، فإنه يواصل ترك بعض الفجوات والمذيبات، ما يعني أنها عرضة للأكسجين والرطوبة".
• على الرغم من إمكان إضافة أغلفة واقية، فإنها ما تزال أقل عمرًا من ألواح السيليكون؛ إذ يبلغ العمر المتوقع لألواح أكسفورد بي في الترادفية 10 سنوات، وتهدف الشركة لرفع هذا العمر إلى 20 عامًا بحلول عام 2027.
  وعلى النقيض من ذلك، يبلغ العمر الافتراضي لخلايا السيليكون عادةً 25 عامًا.
• يحتوي كل من نوعَي البيروفسكايت الأكثر شيوعًا المُستعملَين في إنتاج الخلايا الشمسية على الرصاص، وهو معدن سامّ يُمكن أن يتسرب إلى البيئة، ويسبّب مشكلات صحية، على الرغم من تطوير بدائل خالية من الرصاص.

دور الألواح الشمسية في الحياد الكربوني

إذا كان العالم سيصل إلى الحياد الكربوني بحلول عام 2050، فستكون هناك حاجة إلى توفير خُمس الطاقة العالمية من الطاقة الشمسية، وفقًا لتوقعات وكالة الطاقة الدولية، ويُمكن لخلايا البيروفسكايت أن تساعد في تسريع ذلك.

ففي العام الماضي (2024)، أُنتجت 2131 تيراواط/ساعة من الكهرباء من الألواح الشمسية.

ونظرًا لأن الألواح الشمسية الترادفية أقوى حاليًا بنسبة 20.0% من الألواح التقليدية، فإن ذلك سيُترجم إلى 426 تيراواط/ساعة إضافية من الكهرباء، وهو ما يعادل تقريبًا إجمالي إنتاج الكهرباء في ألمانيا، فضلًا عن السعة المحتملة التي ستأتي من تركيب ألواح شمسية إضافية في مواقع جديدة.

ونظرًا لأن تكلفة الأراضي المخصصة للألواح الشمسية عامل مُقيّد كبير في البلدان ذات الكثافة السكانية العالية، تعمل كل من كوريا الجنوبية واليابان على تطوير خلايا البيروفسكايت التي يُمكن دمجها في البيئات الحضرية.

وعلى الرغم من ذلك، تهيمن خلايا السيليكون الرخيصة على السوق، ولن تُستبدَل سريعًا، حتى بخلايا أكثر قوة.

ووفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، بدأت بعض الشركات ببيع الألواح الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت جزءًا من برامج تجريبية، قبل بدء الإنتاج الضخم.

في العام الماضي (2024)، أعلنت شركة أكسفورد بي في -وهي شركة منبثقة من جامعة أكسفورد- ما وصفته بأنه أول شحنة تجارية من الألواح الشمسية الترادفية، التي صُنعت في مصنعها في ألمانيا لعميل أميركي.

وتبلغ كفاءة ألواح الشركة الحالية 25.0%، أي أنها تُحوّل 25% من الطاقة الشمسية التي تصل إليها إلى كهرباء، ويتجاوز هذا الرقم الألواح الشمسية القياسية المصنوعة من السيليكون، التي تتراوح عادةً بين 20.0% و23.0%، وتستهدف الشركة الإنتاج على نطاق واسع بدءًا من عام 2027.

أعلنت شركة جي سي إل بيروفسكايت الصينية (GCL Perovskite)، المملوكة جزئيًا لشركة جي سي إل العملاقة للطاقة (GCL)، أنها تخطط لبدء تسويق ألواحها الترادفية تجاريًا العام المقبل (2026).

وما تزال الألواح التي تعتمد على البيروفسكايت فقط في معظمها بمرحلة التطوير، وليست بمرحلة الإنتاج التجاري.

ويقول مدير شركة جي سي إل بيروفسكايت، مارتن وانغ، إن هذه التقنية لا يمكنها حاليًا منافسة كفاءة الألواح الشمسية التقليدية وانخفاض تكلفتها.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصدر: