على الرغم من أننا نربط فكرة التقاط وتسخير الطاقة من الشمس مع الألواح الشمسية ، فقد استغلت البشرية مصدر الطاقة هذا منذ ذلك الحين منذ آلاف السنين لإضاءة وتدفئة منزلكالحصول على الماء الساخن والطهي. أما بالنسبة للرياح ، فإن الطواحين الحالية هي تطور لتلك التي تم تصويرها بالفعل في Don Quixote Cervantes.
لقد حولت التطورات التكنولوجية طاقة الشمس والرياح ، من بين أمور أخرى ، إلى شيء ما زيادة الكفاءة وسهولة الاستخدام، ولكن لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه قبل أن نتمكن من نسيان الوقود الأحفوري بشكل دائم واستخدامه فقط الطاقات البديلة. وتعمل مئات المجموعات من الباحثين والمهندسين حول العالم على تحسين كفاءة هذه الطاقات، وهذه بعض أفكارهم المبتكرة في السنوات الأخيرة، والتي تسلط الضوء على التقدم المهم في الطاقات المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية.
1. البيروفسكايت: مستقبل الطاقة الشمسية
تعاني الخلايا الشمسية الحالية القائمة على السيليكون من بعض القيود. السيليكون، على الرغم من توافره في الطبيعة، إلا أنه يقدم تعقيدات في أنقى صوره، مما يؤدي إلى ألواح صلبة وثقيلة نسبيًا ذات كفاءة كان من الصعب زيادتها. هذا هو المكان البيروفسكايت.
تمثل البيروفسكايت أ فئة واسعة من المواد التي تقدم حلا ممكنا لهذه القيود. كونها مكونة من جزيئات عضوية تتكون من روابط الكربون والهيدروجين مع معادن مثل الرصاص، وهالوجين مثل الكلور، فإنها تشكل بنية بلورية خفيفة وقابلة للتكيف.
لأنهم كذلك رخيصة لإنتاج وتقدم تحسينًا كبيرًا في كفاءة استخدام الطاقة، وقد ولدت البيروفسكايت قدرًا كبيرًا من التفاؤل. علاوة على ذلك، يمكن تطبيق هذه المواد في أشكال مرنة وخفيفة الوزن، مما يسمح بإنشاء ألواح شمسية قابلة للتكيف مع أي سطح دون قيود المواد التقليدية.
ومع ذلك، فإنهم يطرحون مشكلتين مهمتين: صعوبة في الإنتاج الضخم و عدم الاستقرار للتعرض البيئيمما يحد من متانته على المدى الطويل. وعلى الرغم من ذلك، فإن العديد من فرق البحث تعمل بلا كلل لتحسين هذه الجوانب، وقد أظهرت بعض التطورات التجريبية أن البيروفسكايت يمكن أن يقاوم بشكل أفضل في الظروف الخارجية.
2. التقدم في الحبر الكهروضوئي
للتغلب على صعوبات الإنتاج الضخم للبيروفسكايت، فريق من المختبر الوطني للطاقة المتجددة بالولايات المتحدة طورت حلاً واعدًا من خلال إنشاء أ حبر ضوئي. تسمح هذه التقنية بتطبيق البيروفسكايت مباشرة على الأسطح المختلفة، مما يبسط عملية التصنيع إلى حد كبير.
وبفضل هذا النوع من الابتكار، يمكن إنتاج خلايا البيروفسكايت الشمسية بكميات كبيرة، مما يقلل التكاليف ويحسن قابلية التوسع. بدأ تصنيع هذا الحبر باستخدام البيروفسكايت البسيط المكون من اليود والرصاص وميثيل الأمونيوم، وتم إجراء عدة اختبارات لإضافة مركبات مثل الكلور لتسهيل التبلور دون الحاجة إلى درجات حرارة عالية.
تعد هذه التكنولوجيا بإحداث ثورة في صناعة الخلايا الكهروضوئية، مما يجعل الألواح الشمسية أكثر سهولة في الوصول إليها وتسمح بتركيبها على مجموعة واسعة من الهياكل، من الأسطح إلى الجدران أو حتى النوافذ.
3. دوار مزدوج في توربينات الرياح
لقد تطورت طاقة الرياح بشكل ملحوظ في العقود الأخيرة، ولكن أحد القيود المتكررة كان عدم كفاءة التوربينات بسبب فقدان الطاقة في قاعدة المولدات. وفقا للباحثين انوبام شارما y هوي هو ووفقا لمركز الطاقة في ولاية أيوا، فإن ذلك يرجع إلى أن الهياكل المستديرة الكبيرة في قاعدة التوربينات تتداخل مع الرياح، مما يقلل من الكفاءة بنحو 8٪ إلى 40٪، اعتمادا على الظروف.
الحل الذي اقترحه شارما وهو هو إضافة الدوار الثاني أصغر في الجزء الخلفي من المولد. أظهرت عمليات المحاكاة واختبارات نفق الرياح أن الدوار الإضافي يمكن أن يزيد من الكفاءة عن طريق 18%.
ويمثل هذا تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا توليد الرياح، مما يسمح للمنشآت المستقبلية أن تكون أكثر إحكاما وكفاءة. يواصل الباحثون اختبار التكوينات المختلفة لتحديد أفضل موضع للدوار الثاني وكيفية تعظيم حصاد الطاقة دون زيادة تكاليف الإنتاج كثيرًا.
4. الألواح الشمسية العائمة
الشركة الفرنسية سيل وتير طورت منذ عام 2011 نظامًا مبتكرًا يسمى هايدريليو الكهروضوئية العائمةوالتي تسمح بوضع الألواح الشمسية على المسطحات المائية الكبيرة مثل الخزانات والبحيرات. تعد هذه التكنولوجيا بتحويل المناطق غير المستغلة عادة إلى مصادر مهمة لتوليد الطاقة.
ويعتبر هذا النوع من الألواح الشمسية العائمة مثالياً للمناطق ذات الأراضي المحدودة أو الصناعات التي تتطلب كميات كبيرة من المياه، مما يحول هذه الأسطح إلى مولدات كهرباء محتملة دون المساس بالاحتياجات الصناعية أو الزراعية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للألواح الشمسية العائمة أن تقلل من تبخر الماء في المناخات الحارة، وهي ميزة أخرى.
تتميز الألواح الشمسية العائمة بسهولة التجميع والتفكيك، كما أنها قابلة للتطوير ولا تتطلب معدات ثقيلة. حاليا، تم تنفيذ المنشآت الأولى في بلدان مثل المملكة المتحدة y اليابانومن المتوقع أن تستمر التكنولوجيا في التوسع في السنوات القادمة.
5. تطبيق الذكاء الاصطناعي على الطاقات المتجددة
La الذكاء الاصطناعي كما أنها تلعب دورا حاسما في تطوير الطاقة المتجددة. ومن خلال تطبيقه على إدارة الشبكات الكهربائية وتحسينها استنادًا إلى المصادر المتجددة، يستطيع الذكاء الاصطناعي التنبؤ بأنماط الاستهلاك، وتعديل إنتاج الطاقة لتجنب الخسائر. تعمل الشبكات الذكية القائمة على الذكاء الاصطناعي على تمكين التكامل الأكثر كفاءة بين الطاقات المتجددة المتغيرة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، وتحسين استقرار إمدادات الطاقة العالمية.
ويضاف إلى ذلك استخدام خوارزميات التعلم الآلي للتنبؤ بإنتاج الطاقة بناءً على الطقس والعوامل البيئية الأخرى، وتحسين أداء كل منشأة وتقليل تأثير التقلبات.
6. نمو وآفاق الطاقة الشمسية عام 2023
وفي العام الماضي، الطاقة الشمسية الكهروضوئية في جميع أنحاء العالم وصلت إلى معالم جديدة. وفقًا لبيانات وكالة الطاقة الدولية (IEA)، من المتوقع أن تزيد قدرة توليد الطاقة الشمسية بأكثر من 500 GW. ويعود هذا النمو غير المسبوق إلى مزيج من التقدم التكنولوجي وانخفاض تكاليف التصنيع.
وفي بلدان مثل إسبانيا، كان عام 2023 أيضًا عامًا قياسيًا تاريخيًا من حيث الطاقة المركبة للطاقة الشمسية الكهروضوئية، حيث حقق زيادة قدرها 28% فيما يتعلق بالعام السابق. وتعكس هذه الزيادة التزام العديد من البلدان بمكافحة تغير المناخ والحد من انبعاثات الغازات الدفيئة.
أصبحت الألواح الشمسية أكثر اندماجا في البيئات الحضرية، مع ابتكارات مثل نوافذ شمسية y مواد البناء الكهروضوئية التي تسمح للمباني بتوليد الكهرباء الخاصة بها. وقد اكتسب هذا النهج المعماري شعبية في المباني التجارية والسكنية، مما يقلل من الاعتماد على الشبكة الكهربائية.
El تخزين الطاقة كما حققت تقدمًا ملحوظًا، مع أنظمة بطاريات أكثر كفاءة تسمح باستخدام أكثر استقرارًا للطاقة الشمسية. وهذا جعل الطاقة الشمسية أكثر موثوقية، حتى في غياب ضوء الشمس المباشر.
أصبح التحول إلى الطاقة المتجددة حاضرا أكثر من أي وقت مضى، مع ظهور التقنيات الناشئة مثل البيروفسكايت، والذكاء الاصطناعي، والألواح الشمسية العائمة، والتي تَعِد بإحداث ثورة في الطريقة التي نولد بها الكهرباء ونستهلكها. ولا تقربنا هذه التطورات من مستقبل أكثر استدامة فحسب، بل تمثل أيضا خطوة مهمة للتخفيف من آثار تغير المناخ وضمان مصفوفة طاقة أنظف.