ابتكار جديد في مجال الطاقة الشمسية قد يتيح توليد الكهرباء من الملابس

ابتكر طالب هندسة فلبيني يُدعى كارفي إرين مايجو ألواحاً شمسية لا تحتاج إلى ضوء الشمس المباشر لإنتاج الكهرباء في قفزة جديدة إلى الأمام في مجال الطاقة المتجددة، وقد حصل الطالب الذي يدرس في جامعة مابوا الفلبينية على جائزة مؤسسة جيمس دايسون للاستدامة لعام 2020 بفضل مشروعه المبتكر.

ألواح لا تحتاج إلى أشعة الشمس المباشرة

الألواح الشمسية التقليدية مصنوعة من مواد يمكنها فقط امتصاص الضوء المرئي، وهو جزء من الطيف الضوئي الذي يمكننا رؤيته بأعيننا. الضوء المرئي هو النوع الأكثر وفرة من الضوء الذي يصل إلى الأرض من الشمس لكنه لا يتوفر دائماً، خاصة عند وجود سحب أو ضباب أو غبار في الغلاف الجوي يحجب ضوء الشمس. هذا يقلل من كمية الكهرباء التي يمكن أن تنتجها الألواح الشمسية التقليدية.

الألواح الشمسية التي اخترعها مايجو مصنوعة من مخلفات المحاصيل الزراعية، وهي قادرة على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية، هذه الأشعة تتميز بطاقة أعلى وأطوال موجية أقصر من الضوء المرئي، لذا فإنها قادرة على اختراق السحب والعوائق الأخرى بسهولة، ما يجعل الألواح الجديدة قادرة على توليد الكهرباء حتى لو لم تكن معرضة لضوء الشمس المباشر.

من خلال استخدام الأشعة فوق البنفسجية بدلاً من الضوء المرئي، يمكن للألواح الشمسية هذه توفير طاقة متجددة طوال النهار بغض النظر عن ظروف الطقس. يسهم ذلك في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري الذي يؤدي حرقه إلى انبعاث الغازات التي تسبب ظاهرة الاحتباس الحراري وتغيّر المناخ.

كيف تُنتج هذه الألواح؟

مخلفات المحاصيل هي أجزاء النباتات التي لا تُستخدم للغذاء أو لأغراض أخرى، مثل الأوراق والسيقان والقشور. عادة ما يتم التخلص منها أو حرقها، وهذا يسبب مشكلات بيئية مثل التلوث وانبعاثات الغازات التي تزيد ظاهرة الاحتباس الحراري.

تستخدم الألواح الشمسية التي اخترعها مايجو مخلفات المحاصيل كمواد خام، يتم جمع هذه المخلفات من المزارعين ومعالجتها وتحويلها إلى مسحوق، ثم يخلط المسحوق مع صمغ سائل يعمل كمادة رابطة. يحتوي الصمغ على جزيئات مضيئة طبيعية أو اصطناعية، تستطيع هذه الجزيئات إصدار الضوء المرئي عند تعرضها لشكلٍ آخر من الأشعة، مثل الأشعة فوق البنفسجية.

يتم بعد ذلك صب خليط مسحوق مخلفات المحاصيل والصمغ والجزيئات المضيئة في قوالب تحتوي على خلايا شمسية، وهي وحدات صغيرة يمكنها تحويل الضوء المرئي إلى كهرباء. تُعالج القوالب بالحرارة والضغط بعد ذلك لتشكيل ألواح صلبة ذات سطح أملس وشفاف. يمكن بعد ذلك تقطيع الألواح إلى أشكال وأحجام مختلفة حسب الاستخدام المطلوب.

المنتج النهائي عبارة عن لوحة شمسية يمكنها التقاط الأشعة الفوق البنفسجية وإصدار الضوء المرئي. يتم بعد ذلك تحويل الضوء المرئي إلى كهرباء بواسطة الخلايا الشمسية المدمجة في اللوحة.

يتم توصيل اللوحة ببطارية لتخزين الكهرباء، أو بالأجهزة المختلفة بشكلٍ مباشر، ويمكن أيضاً ربط الألواح ببعضها بعضاً لتكوين ألواح أكبر يمكنها توفير الكهرباء بكميات كبيرة.

تركيب الألواح الشمسية على الملابس

لا تقتصر رؤية مايجو على الألواح الشمسية الثابتة، فهو يرغب في صنع خيوط وأقمشة يمكنها التقاط الأشعة فوق البنفسجية وتحويلها إلى كهرباء، يٌستخدم هذا القماش لصنع ملابس يمكنها إنتاج طاقة كهربائية أثناء ارتدائها. فقط تخيل أنك ستكون قادراً على شحن هاتفك أو تشغيل ساعتك الذكية بمجرد ارتداء قميص أو سترة. يعتقد مايجو أن ذلك ممكن، وأنه يمكن أن يفتح إمكانات جديدة للأجهزة القابلة للارتداء والملابس الذكية.

على الرغم من أن لوحات مايجو أظهرت نتائج واعدة، فلا تزال هناك حاجة إلى مزيدٍ من الأبحاث لتقييم أدائها وكفاءتها ومتانتها. يحتاج مايجو أيضاً إلى تطوير لوحاته بشكلٍ أكبر وإيجاد طرق لتوسيع إنتاجها وجعلها في متناول الجميع، وهو يأمل في أن يتعاون مع باحثين ومؤسسات لاختبار لوحاته الشمسية في بيئات وتطبيقات مختلفة، وأن يساعد اختراعه على حل مشكلة تغيّر المناخ العالمية، وتوفير طاقة متجددة رخيصة للجميع.