تقنية سعودية مبتكرة تمكن الخلايا الشمسية من التتبع الذاتي لحركة للشمس على مدار اليوم

 الخلايا الشمسية : طور فريق متعدد التخصصات في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست) مكون من طلبة متدربين ومشرفتهم عالمة الأبحاث في مجال الهندسة الكهربائية الدكتورة نازك الأتب، طوروا ألواح شمسية تستطيع توجيه نفسها وتعديل وضعها على مدار اليوم لتتبع حركة الشمس. وتتميز هذه التقنية بعدم استهلاكها للطاقة الكهربائية بل إنها تزيد بشكل كبير من إنتاج الطاقة للخلايا الشمسية. 

تقول الدكتورة نازك: “نبحث دائمًا عن الابتكارات التي تعالج التحديات الحقيقية التي تواجه المنطقة والعالم. لهذا ننظر بعين الاعتبار لتقنية الطاقة الشمسية التي تعتبر مصدر الطاقة المتجددة الأكثر جدوى والبديل عن طاقة الكربون التقليدية”. 

تركز الكثير من الأبحاث على تحسين كفاءة الألواح الشمسية. ومع ذلك، فإنها لا تعالج مشكلة عدم وصول أشعة الشمس لكافة أسطح هذه الألواح خصوصًا عندما تكون الشمس منخفضة في السماء، الأمر الذي ينتج عنه توليد جزء بسيط فقط من الطاقة مقارنةً عندما يضرب ضوء الشمس اللوحة من أعلى مباشرة.

الطباعة رباعية الأبعاد

تم تثبيت الخلايا الشمسية على أنظمة خاصة لتتبع حركة الشمس، لكنها كانت بشكل عام أنظمة ميكانيكية ضخمة تضم أجهزة استشعار ضوئية ومعالجات دقيقة ومحركات، تقول العتاب “هذه الأنظمة الثقيلة والكبيرة مكلفة وتستهلك الكثير من الطاقة وتتطلب صيانة مستمرة، فضلًا عن أن تطبيقاتها محدودة.

أحد المجالات الرئيسية التي تركز عليها مجموعتي البحثية هو تقنية الطباعة رباعية الأبعاد التي تختلف عن الطباعة ثلاثية الابعاد في أنها تستخدم مواد ذكية يمكنها التفاعل مع البيئة وتغيير شكلها“.

تكمن الفكرة، في أن الجسم المطبوع بتقنية الطباعة رباعية الابعاد يمكن ضبط استجابته لمحفز معين، مثل الحرارة أو الرطوبة أو الضوء. وتشرح نازك أن فكرتهم تعتمد على طباعة أرجل ألواح الخلايا الشمسية باستخدام مادة تتفاعل مع ضوء الشمس، فعند تعرضها لأشعة الشمس المباشرة تتقلص هذه المادة وتنكمش. وعندما يصطدم ضوء الشمس باللوحة من جانب واحد يتسبب بتقصير الأرجل المعرضة للشمس، مما يؤدي إلى إمالة اللوحة نحو الشمس وزيادة إنتاج الطاقة. 

الأسطوانات المجوفة

عملت الدكتورة نازك الأتب على تطوير هذا المفهوم من خلال جمع فريق من المتدربين من مختلف التخصصات والمهارات التي يحتاجها مثل هذا المشروع، تقول:” تطلب هذا المشروع وجود طلبة من تخصصات مختلفة كالفيزياء والهندسة الكهربائية والهندسة الميكانيكية أيضاً”. يشار إلى أن الطلبة الذين شاركوا في هذا المشروع هم طالب الفيزياء سيرهي تيتوف من أوكرانيا، وطالب الهندسة الميكانيكية السعودي فهد آل مظف، وطالب الهندسة الكهربائية شيشنغ سو من الصين. واعتمدا تصميمهم لأرجل الألواح على كومة من الأسطوانات المجوفة مصنوعة من مادة بيضاء. وعند تعرضها لأشعة الشمس، يتغير شكل كل أسطوانة من شكل دائري إلى شكل بيضاوي، مما يؤدي إلى تقصير الأرجل. ثم قام الطالب تيتوف بعمل تعديل بسيط على التصميم من خلال صبغ المادة باللون الأسود بواسطة قلم تلوين دائم. الأمر الذي ساعد في تسريع عملية استجابة المادة للضوء الى الضعفين. تقول نازك: “نعمل الآن على إضافة لون أسود إلى المادة أثناء طباعتها“. 

أثناء الاختبار، كانت الألواح الشمسية المزودة بأرجل مطبوعة رباعية الأبعاد تتعقب أشعة الشمس بدقة. تقول نازك: “تبين لنا أنه إذا كانت الشمس مائلة بحوالي ٣٠ درجة، فإن الخلية الشمسية الثابتة ستفقد حوالي ٣٠ في المائة من ناتج الطاقة، مقارنة بستة في المائة فقط باستخدام جهاز تعقب الطاقة الشمسية. وهو تحسن كبير ولكن لا يزال هناك مجال للمزيد من التحسين“.