منذ عام 2011 ومع الظهور الإعلامي لـ WYSIPS، لقد رأينا كيف خلايا شمسية شفافة بدأت في تغيير مشهد الطاقة الشمسية. هذه التكنولوجيا، التي تم تطويرها في البداية للتطبيقات على الأجهزة المحمولة، تطورت نحو المستقبل مع المزيد من التطبيقات التي تمتد إلى بناء الزجاج والمركبات وحتى البنية التحتية العامة.
التقنيات الرئيسية للخلايا الشمسية الشفافة
اتخذت شركة SunPartner Technologies الفرنسية الخطوة الأولى في هذا المجال من خلال تقديمها WYSIPS (ما تراه هو سطح كهروضوئي) في عام 2011. تم تصنيع هذه الخلية الكهروضوئية المبتكرة بطريقة رقيقة فيلم كهروضوئي شفاف، بقاعدة من البلاستيك والمركبات العضوية.
El فيلم الضوئية في البداية كان بإمكانه امتصاص جزء من طيف الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية، بالإضافة إلى جزء صغير من الطيف المرئي، محققاً عائداً يتراوح بين 7% إلى 9%. ومع ذلك، أدى هذا إلى انخفاض شفافية المادة إلى 70%. ولحل هذه المشكلة، قامت شركة SunPartner في عام 2015 بتحسين التكنولوجيا، وحققت شفافية بنسبة 90%، على الرغم من أن ذلك كان على حساب تقليل كفاءتها في استخدام الطاقة بنسبة تتراوح بين 2% و3%.
وتشمل التقنيات الأخرى في هذا القطاع الخلايا الكهروضوئية العضوية والشفافة من الأكسيد، والتي تسمح للضوء بالمرور أثناء تحويل الإشعاع الشمسي إلى كهرباء. وهي أحدث وتسمح بتعديلات أكثر تنوعًا مثل الكسوة المعمارية والنوافذ الكهروضوئية. وفي هذا التطور، تحسنت الكفاءة، ولكن تحديات الأداء لا تزال موجودة.
مميزات الخلايا الشمسية الشفافة
ال خلايا شمسية شفافة إنها مثالية للتكامل في تطبيقات متعددة نظرًا للمزايا التالية:
- التكامل السلس: يمكن وضع هذه الخلايا على النوافذ والواجهات والأجهزة المحمولة دون المساس بالجماليات.
- مرونة: مرونة هذه الألواح تسمح بتطبيقها في أشكال ومواد متعددة.
- تطبيقات متعددة: من استخدامها في البنية التحتية إلى تكنولوجيا الهاتف المحمول ومواقف السيارات أو حتى الدفيئات الزراعية وحمامات السباحة.
عيوب الخلايا الشمسية الشفافة
- ولا تزال الخلايا لا تصل إلى الأداء العالي من حيث الكفاءة، وهو ما يعتبر عيبا مقارنة بالألواح الشمسية التقليدية.
- ولا تزال التكلفة مرتفعة، على الرغم من أن الاتجاه تنازلي مع استمرار التطور التكنولوجي.
- تتراوح نسبة الشفافية بين 70% و90%، مما يؤثر قليلاً على الشكل الجمالي في بعض الحالات.
التطور نحو النوافذ الشمسية
EN 2014، في جامعة ميشيغان طورت خلية كهروضوئية شفافة تمامًا بفضل تقنيتها البوليمرات العضوية. على عكس الخلايا السابقة، تمتص هذه الخلية الأشعة تحت الحمراء فقط، مما يسمح بشفافية كاملة تقريبًا تشبه الزجاج. ولا تزال هذه الخلية تتمتع بكفاءة منخفضة تبلغ 1%، لكن الباحثين يأملون في رفعها إلى 5%.
ويمكن دمج هذه النوافذ الشمسية في المباني وتمثل مصدرا هاما للطاقة النظيفة، دون التأثير على الجماليات المعمارية. يبدو أن دمج النوافذ الشمسية في ناطحات السحاب أو السيارات الكهربائية هو الخطوة الكبيرة التالية في هذه التكنولوجيا.
مبدأ التشغيل
خلايا شمسية شفافة وهي تعمل بطريقة مشابهة لتلك التقليدية، ولكن بدلاً من التقاط كل الضوء المرئي، فإنها تركز على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. هو البوليمر العضوي وفي الخلايا يحول هذا الضوء إلى طاقة، بينما يمر باقي الضوء عبر المادة، ويحافظ على شفافيتها.
لتحسين الكفاءة، تم دمج بعض النماذج خلايا ثنائية الوجه، والتي تلتقط الضوء من جانبي اللوحة. وهذا يسمح للنوافذ الشمسية بسحب الطاقة ليس فقط من ضوء الشمس المباشر، ولكن أيضًا من الضوء المنعكس من المناطق المحيطة بها، مثل المباني القريبة.
الإمكانات المستقبلية للخلايا الشمسية الشفافة
المظهر الخارجي لمبنى سكني زجاجي حديث أو مبنى مكاتب
لا يزال تطوير الخلايا الشمسية الشفافة في مرحلة مبكرة، ولكن يتم بالفعل استكشاف تطبيقات متعددة. التطبيقات المحتملة. وتشمل هذه:
- نوافذ شمسية: استخدامه في المباني الكبيرة يعد بمساهمة كبيرة في إنتاج الطاقة في المناطق الحضرية، دون الحاجة إلى شغل مساحة إضافية.
- أجهزة الجوال: يتم العمل على دمج الألواح الشمسية الشفافة في شاشات الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، مما سيسمح بإعادة شحن الأجهزة بالضوء الطبيعي.
- السيارات الكهربائية: يمكن أن تساعد النوافذ الشمسية في شحن بطاريات السيارات الكهربائية، مما يقلل الحاجة إلى الشحن المتكرر.
تقوم الصناعة أيضًا بتجربة خيارات لتوليد الطاقة من خلالها بلاط السقف الشمسي والستائر الكهروضوئيةمما سيوفر طريقة أخرى لتوسيع إنتاج الطاقة النظيفة في المدن.
تمثل الخلايا الشمسية الشفافة واحدة من أكثر الابتكارات إثارة في مجال الطاقة الشمسية. وعلى الرغم من أنها لا تزال تمثل بعض التحديات التقنية، مثل الكفاءة المنخفضة والتكلفة العالية، إلا أن تطبيقاتها المحتملة لا تعد ولا تحصى.
منذ التأسيس في نوافذ شمسية ومن خلال التكامل مع الأجهزة المحمولة، يمكن لهذه الخلايا أن تُحدث ثورة في الطريقة التي نلتقط بها الطاقة الشمسية. وسيكون المفتاح هو مواصلة تحسين كفاءة استخدام الطاقة وخفض التكاليف لجعلها أكثر سهولة في السوق.