الطاقة والبيئة

هل الخلايا الشمسية القابلة للطباعة هي مستقبل قطاع الطاقة الشمسية العالمي؟

هل الخلايا الشمسية القابلة للطباعة هي مستقبل قطاع الطاقة الشمسية العالمي؟

دوائر كهربائية قابلة للطباعة [مصدر الصورة:ويكيميديا ​​كومنز]

وقعت الشركة المصنعة للخلايا الشمسية الأمريكية ، Triton Solar ، اتفاقية بقيمة 100 مليون دولار لفتح منشأة تصنيع في ولاية كارناتاكا الهندية ، بهدف بدء الإنتاج في الموقع اعتبارًا من أغسطس 2016. وأعلنت الشركة القرار في 14العاشر ديسمبر ، بعد أن خطط بالفعل ، في أبريل ، لبناء منشأة في ماديا براديش. يقع مقر شركة Triton Solar في نيوجيرسي وهي متخصصة في الخلايا الشمسية القابلة للطباعة والتي تعمل بتقنية النانو ويتم إنتاجها بواسطة تقنية طباعة حاصلة على براءة اختراع. بالإضافة إلى العمل في الظروف الخارجية ، يمكن للخلايا أيضًا إنتاج الطاقة الشمسية من الإضاءة المحيطة ، دون الحاجة إلى ضوء الشمس المباشر.

تبنت قلة من الشركات أو المنظمات الأخرى الأغشية الرقيقة الشمسية القابلة للطباعة حتى الآن ، على الرغم من أن التكنولوجيا تصدرت عناوين الأخبار قبل عامين في عام 2013. في ذلك العام ، قام اتحاد الخلايا الشمسية العضوية الفيكتوري الأسترالي (VICOSC) ، وهو جزء من الكومنولث الأسترالي للعلوم الصناعية أظهرت منظمة الأبحاث (CSIRO) توسيع نطاق عمليات الطباعة للخلايا الشمسية العضوية مما مكنها من تسهيل الطباعة المستمرة للخلايا الشمسية غير المتجانسة (BHJ) باستخدام ركيزة بعرض 30 سم. تم تطوير العديد من وحدات العرض التوضيحي للتقييم. كانت هذه وحدات خلية حساسة للصبغة (DSC) يمكن طباعتها على عدد من الركائز ، بما في ذلك البلاستيك أو الزجاج أو الفولاذ. تعمل من خلال قدرة الحبر على التقاط ضوء الشمس وتحويله إلى كهرباء. يمكن أن يتيح ذلك إمكانية دمجها في مجموعة من العناصر ، مثل الهواتف الذكية أو الأجهزة اللوحية أو حقائب الكمبيوتر المحمول. ومع ذلك ، في الوقت الحاضر ، فهي أقل كفاءة بعشر مرات من السيليكون القياسي.

في مارس 2014 ، قام فريق من العلماء البريطانيين من المختبر الفيزيائي الوطني (NPL) في ميدلسكس أيضًا بتطوير خلايا شمسية قابلة للطباعة. يمكن أن تعمل هذه في الأيام القاتمة عندما يكون هناك القليل من ضوء الشمس المتاح وتشمل التطبيقات المحتملة الاندماج في مادة المعاطف أو الأكياس حيث يمكن استخدامها لشحن الأجهزة المحمولة.

شركة أخرى تشارك في تطوير التكنولوجيا هي Eight19 التي تستخدم مواد شبه موصلة عضوية يتم الحصول عليها من مواد وفيرة ومن المحتمل أن تكون منخفضة التكلفة. تتمتع أشباه الموصلات بقدرة قوية على امتصاص الضوء ، أقوى بنحو 100 مرة من قدرة السيليكون ، ويمكن إنتاجها من محلول في ظل الظروف المحيطة مما يجعل المادة رقيقة جدًا. هذا يعني أيضًا أنه يمكن طباعتها باستخدام عمليات الطباعة والطلاء المستمرة من لفة إلى لفة وبالتالي تقليل التكاليف. أجهزة الطباعة المستخدمة لتحقيق ذلك متوفرة بالفعل. يمكنهم طباعة المواد من عدة عشرات إلى عدة مئات من الأمتار في الدقيقة وتستخدم بشكل شائع لإنتاج مواد تغليف وطلاء عالي الجودة.

بالنظر إلى أن الأغشية الرقيقة خفيفة الوزن للغاية ، ليست هناك حاجة لأي تعزيز للسقف ، كما أن القدرة على طباعة الخلايا في مجموعة من الألوان تعني أنها يمكن أن تكون أقل اقتحامًا بكثير من الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون القياسي. أصبحت صناعة السيارات مهتمة أيضًا بالطباعة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ، بهدف تركيب الألواح الشمسية الكهروضوئية على أسطح السيارات حيث تساعد في شحن الدوائر الكهربائية للمركبة.

لا تزال هذه التكنولوجيا في مرحلة مبكرة من التطوير ، لذا سوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن نراها منتشرة تجاريًا. ومع ذلك ، فإن التقدم في هذا المجال يتم دفعه إلى الأمام من قبل الجامعات في جميع أنحاء العالم وكذلك من قبل الشركات الكيميائية الكبيرة غالبًا ما يتطلب هذا نوعًا من ترتيبات الشراكة (يعمل Eight19 مع جامعة كامبريدج وشركات تطوير مواد مختلفة).

ومع ذلك ، لا تنتهي القصة عند هذا الحد ، لأن الخلايا الشمسية العضوية القابلة للطباعة لديها الآن تقنية منافسة - خلايا بيروفسكايت الشمسية - والتي وصلت كفاءة إلى 20 بالمائة مقابل 10 بالمائة فقط.

بدأ البيروفسكايت في جذب انتباه قطاع الطاقة الشمسية منذ حوالي خمس سنوات. وهي مادة تحتوي على الرصاص واليود ومكون عضوي. عندما تم البحث عنه لأول مرة ، يمكن أن تصل كفاءة البيروفسكايت إلى 3 في المائة فقط ، ولكن على مدار خمس سنوات فقط قفزت هذه النسبة الآن إلى 20 في المائة ، أي ضعف تلك الموجودة في الأغشية الرقيقة العضوية القابلة للطباعة المذكورة سابقًا. وفقًا لمايكل جراتزل ، باحث الطاقة الشمسية في مدرسة البوليتكنيك في لوزان ، سويسرا ، كتب في إصدار من مواد الطبيعة، أذهل ظهور معدن هاليد بيروفسكايت في قطاع الطاقة الشمسية المجتمع الكهروضوئية. وصفت فيونا سكولز ، خبيرة الخلايا الكهروضوئية العضوية في CSIRO ، في حديثها إلى مجلة Cosmos Magazine ، التطور بأنه "بلا شك أكبر تقدم في الخلايا الشمسية العضوية."

الخلايا الشمسية بيروفسكايت القصدير [مصدر الصورة:مطبعة جامعة أكسفورد ، فليكر]

وفقًا لمهندس المواد Jinsong Huang في جامعة نبراسكا ، فإن مفتاح قدرة البيروفسكايت على توليد الكهرباء هو هيكله الداخلي الذي يمكّن الإلكترونات من الوصول بسهولة إلى القطب في خلية شمسية مطبوعة من البيروفسكايت. ومع ذلك ، من أجل التنافس بفعالية مع السيليكون ، لا يزال يتعين الوصول إلى حوالي 25 بالمائة من الكفاءة ، وهو أمر قد يكون ممكنًا في غضون السنوات الخمس المقبلة.

هناك بعض الجوانب السلبية لخلايا البيروفسكايت الشمسية ، مثل الحساسية للرطوبة وحقيقة احتوائها على الرصاص ، وبالتالي تصبح مصدرًا للسمية في حالة كسرها. ومع ذلك ، يعتقد هوانغ أن خلايا البيروفسكايت يمكن تحسينها لجعلها أكثر استقرارًا بينما يعمل باحثون آخرون على طرق لاستبدال محتوى الرصاص بشيء أقل ضررًا.

تعتقد فيونا سكولز أن الخلايا الشمسية القابلة للطباعة ستصبح "جزءًا أساسيًا من مزيج الطاقة المتجددة" في السنوات القادمة. من المؤكد أنه صحيح ، نظرًا للحاجة إلى القيام بشيء ما بشأن تغير المناخ من خلال إزالة الكربون من إمدادات الطاقة في العالم ، فإننا بحاجة إلى استكشاف أكبر عدد ممكن من السبل.

على نحو متزايد ، تبدو الخلايا الشمسية القابلة للطباعة وكأنها ستصبح جزءًا مهمًا من مجموعة أدوات الطاقة الإجمالية.


شاهد الفيديو: عشرة أخطاء فادحة في تنفيذ و تصميم الطاقة الشمسية (شهر نوفمبر 2021).