كيف يمكن تحسين خلايا بيروفسكايت في الوحدات الشمسية ثنائية الوجه لزيادة كفاءتها؟
شهدت تكنولوجيا الألواح الشمسية تقدماً ملحوظاً في السنوات الأخيرة، خاصةً في مجال دمج المواد المختلفة لزيادة الكفاءة. أحد الابتكارات التي حازت على اهتمام متزايد هو الوحدات الشمسية ثنائية الوجه التي تجمع بين خلايا البيروفسكايت والسيليكون. في هذا السياق، أجرى باحثون من جامعة دلفت للتكنولوجيا TU Delft دراسة جديدة تهدف إلى تحسين تصميم هذه الوحدات لتعزيز أدائها في الظروف الواقعية.
ما هو تأثير الإشعاع الخلفي على تصميم الوحدات الشمسية؟
أظهرت نتائج الدراسة، التي أُجريت لأول مرة على مستوى الوحدات الشمسية، أن الإشعاع القادم من الجهة الخلفية للوحدة الشمسية يؤثر بشكل كبير على الطاقة الناتجة. وفقاً للباحث يوري بلوم، فإن هذا التأثير يعنى أن طاقة النطاق الأمثل (bandgap energy) ، وسمك الخلية البيروفسكايت في الوحدة الشمسية ثنائية الوجه يمكن تحسينهما لتحقيق أداء أفضل.
تحسين كفاءة الوحدات الشمسية ثنائية الوجه
النتائج تشير إلى أن الوحدات الشمسية ثنائية الوجه التي تجمع بين البيروفسكايت والسيليكون تحقق زيادة في إنتاج الطاقة بنسبة 25% مقارنةً مع الوحدات الأحادية الوجه. كما سجلت هذه الوحدات زيادة بنسبة 5% في إنتاج الطاقة مقارنةً بوحدات التانديم الأحادية الوجه. هذه الزيادة الكبيرة في الكفاءة تعني أن الطاقة الشمسية ستصبح أكثر فعالية واستدامة، مما يسهم في تسريع التحول نحو مصادر الطاقة المتجددة.
منهجية الدراسة والنتائج المحورية
استخدم فريق الباحثين نموذجاً لألواح شمسية تم تطويرها بواسطة مركز هلمهولتز-زنتروب برلين (HZB) الألماني، حيث تم تعديل تصميم الخلايا البيروفسكايت باستخدام تقنيات مختلفة مثل تقليل سماكة الرقائق وإضافة طبقات زجاجية وتغليفية لتحسين الأداء. تم محاكاة الأنظمة الشمسية باستخدام أداة PVMD المتخصصة في النمذجة، والتي تساعد في محاكاة أنظمة الطاقة الشمسية المدمجة مع المباني ونماذج التانديم.
كما أجريت المحاكاة في أربع مواقع جغرافية مختلفة هي: دلفت (هولندا)، شنغهاي (الصين)، لاغوس (نيجيريا)، ولشبونة (البرتغال). هدف الدراسة كان تحديد الخلايا البيروفسكايت المثلى لكل موقع جغرافي باستخدام سمك وطاقة نطاق أمثل مختلفة.
نتائج التحليل: كيفية تحديد الخلايا الأمثل للمواقع المختلفة
أظهرت الدراسة أن طاقة النطاق الأمثل للبيروفسكايت في الخلايا العليا لوحدات التانديم تتراوح بين 1.61 eV إلى 1.65 eV في جميع المواقع التي تم تحليلها، مع سمك مثالي يتراوح بين 650 إلى 750 نانومتر. على الرغم من اختلاف المواقع، كان الأداء الإجمالي للوحدات الشمسية يعتمد بشكل أقل على المادة الأرضية مقارنة بالإشعاع من الجهة الخلفية.
أهمية الدراسة: تحسين تصميم الوحدات الشمسية المستقبلية
تشير هذه النتائج إلى أهمية دمج العناصر المختلفة لتحقيق أعلى كفاءة في تكنولوجيا الطاقة الشمسية. بما أن الإشعاع الخلفي يمكن أن يسهم بشكل إيجابي في تحسين أداء الخلايا، فإن نتائج هذه الدراسة توفر إرشادات قيمة للمصممين والمهندسين الذين يعملون على تطوير تقنيات الطاقة الشمسية المتقدمة. الدراسة تؤكد على أن التحدي الأكبر في مجال الطاقة الشمسية ليس فقط في تطوير تقنيات جديدة، بل في فهم كيفية دمجها بشكل فعال لتحقيق أعلى درجات الكفاءة.
المستقبل: توسيع نطاق البحث لتشمل التكاليف الإنتاجية
على الرغم من النتائج المشجعة التي توصل إليها الباحثون، فإن العمل لا يتوقف عند هذا الحد. يخطط الفريق لتوسيع أبحاثهم لتشمل تكاليف الإنتاج وتصميمات التانديم الأكثر تنافسية من حيث التكلفة. هذه الخطوة ضرورية لضمان أن تكون التقنيات المبتكرة قابلة للتطبيق على نطاق واسع وتفي بمتطلبات السوق.
الخلاصة
دراسة جامعة دلفت تقدم فهماً جديداً حول كيفية تحسين الخلايا البيروفسكايت في الوحدات الشمسية ثنائية الوجه. من خلال الاستفادة من الإشعاع الخلفي، يمكن تحسين كفاءة الطاقة وتقليل التكاليف الإنتاجية، مما يعزز من فعالية تكنولوجيا الطاقة الشمسية في المستقبل.
للاطلاع على تفاصيل الورقة البحثية من هنا
