كيف يمكننا الحصول على المزيد من الطاقة من الشمس

الألواح الشمسية على سطح Walmart ، ماونتن فيو ، كاليفورنيا. وول مارت / فليكر ، CC BYالألواح الشمسية على سطح Walmart ، ماونتن فيو ، كاليفورنيا.
وول مارت / فليكر, CC BY

يزداد الطلب العالمي على الطاقة في كل ساعة مع تحرك البلدان النامية نحو التصنيع. ويقدر الخبراء أنه بحلول عام 2050 ، قد يصل الطلب العالمي على الكهرباء 30 terawatts (TW). ومن منظور المنظور ، يساوي تيراواط واحدًا تقريبًا قوة 1.3 مليار حصان.

الطاقة من الشمس لا حدود لها - توفر لنا الشمس 120,000 TW من الطاقة في أي لحظة - وهي مجانية. لكن اليوم توفر الطاقة الشمسية فقط حوالي واحد في المئة من كهرباء العالم. ويتمثل التحدي الحاسم في جعلها أقل تكلفة لتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام.

للقيام بذلك ، نحن بحاجة إلى إيجاد مواد تمتص أشعة الشمس وتحويلها إلى كهرباء بكفاءة. بالإضافة إلى ذلك ، نريد أن تكون هذه المواد وفيرة ، حميدة بيئيا وفعالة من حيث التكلفة للتلف في الأجهزة الشمسية.

يعمل الباحثون من جميع أنحاء العالم على تطوير تقنيات الخلايا الشمسية التي تتسم بالكفاءة وبأسعار معقولة. والهدف هو جعل تكلفة تركيب الكهرباء الشمسية أقل من دولار أمريكي 1 لكل واط ، بالمقارنة مع حول $ 3 لكل واط اليوم.

في جامعة بينغهامتون مركز الطاقة الشمسية المستقلة (CASP)، نحن نحقق في طرق صنع الخلايا الشمسية الرقيقة باستخدام مواد وفيرة في الطبيعة وغير سامة. نريد تطوير خلايا شمسية موثوق بها وذات كفاءة عالية في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء وصناعة غير مكلفة. لقد حددنا مادتين تتمتعان بإمكانيات كبيرة كممتصات شمسية: البيريت ، المعروف باسم الذهب الجاهل بسبب لمعانه المعدني. والنحاس والزنك والقصدير - كبريتيد (CZTS).

البحث عن المادة المثالية

تصنع الخلايا الشمسية التجارية اليوم من واحد من ثلاث مواد: السيليكون ، تيلوريد الكادميوم (CdTe) والنحاس-الإنديوم-غاليوم-سيلينايد (CIGS). لكل منها نقاط القوة والضعف.

تتميز خلايا السليكون الشمسية بالكفاءة العالية ، وتحويلها إلى نسبة 25 في المئة من ضوء الشمس التي تقع عليها إلى كهرباء ، ومتينة للغاية. ومع ذلك ، فإنه من المكلفة للغاية معالجة السيليكون في الرقاقات. ويجب أن تكون هذه الرقائق سميكة جدًا (حول 0.3 ملليمتر ، الذي يكون سميكًا للخلايا الشمسية) لاستيعاب جميع أشعة الشمس التي تقع عليها ، مما يزيد من التكاليف.

تستخدم خلايا السليكون الشمسية - التي يشار إليها غالباً بالجيل الأول من الخلايا الشمسية - في الألواح التي أصبحت مشاهد مألوفة على أسطح المنازل. يدرس مركزنا نوعًا آخر يسمى الخلايا الشمسية الرقيقة ، وهي الجيل التالي من تكنولوجيا الطاقة الشمسية. كما يوحي اسمها ، يتم تصنيع الخلايا الشمسية الرقيقة من خلال وضع طبقة رقيقة من مادة ماصة للطاقة الشمسية فوق طبقة أساس ، مثل الزجاج أو البلاستيك ، والتي عادة ما تكون مرنة.

هذه الخلايا الشمسية تستخدم مواد أقل ، لذا فهي أقل تكلفة من الخلايا الشمسية البلورية المصنوعة من السيليكون. ليس من الممكن طلاء السيليكون البلوري على ركيزة مرنة ، لذلك نحتاج إلى مادة مختلفة لاستخدامها كممتص شمسي.


 احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

مجلة أسبوعية يوميا الإلهام

على الرغم من أن تقنية الألواح الشمسية الرقيقة تتحسن بسرعة ، إلا أن بعض المواد الموجودة في الخلايا الشمسية للأغشية الرقيقة في الوقت الحالي نادرة أو خطرة. على سبيل المثال ، يكون الكادميوم الموجود في CdTe شديد السمية لجميع الكائنات الحية ويعرف بأنه يسبب السرطان عند البشر. يمكن أن ينفصل CdTe إلى الكادميوم والتيلوريوم عند درجات الحرارة المرتفعة (على سبيل المثال ، في المختبر أو المنزل) ، مما يشكل خطر استنشاق خطير.

نحن نعمل مع البيريت و CZTS لأنها غير سام وغير مكلفة للغاية. تكاليف CZTS حول سنت 0.005 لكل واط ، وتكاليف البيريت مجرد سنت 0.000002 لكل واط. كما أنها من بين أكثر المواد وفرة في قشرة الأرض ، وتستوعب الطيف المرئي من أشعة الشمس بكفاءة. يمكن أن تكون هذه الأفلام رقيقة مثل 1 / 1000th من المليمتر.

اختبار الخلايا الشمسية CZTS تحت أشعة الشمس المحاكاة. قدمت تارا داكال / جامعة بينغهامتون ، المؤلف اختبار الخلايا الشمسية CZTS تحت أشعة الشمس المحاكاة.
قدمت تارا داكال / جامعة بينغهامتون ، المؤلف
نحن بحاجة إلى بلورة هذه المواد قبل أن نتمكن من تصنيعها في الخلايا الشمسية. يتم ذلك عن طريق تسخينها. تتكوّن CZTS في درجات حرارة تحت درجة 600 مئوية ، مقارنةً بـ 1,200 درجة مئوية أو أعلى للسيليكون ، مما يجعلها أقل تكلفة في المعالجة. إنها تشبه إلى حد كبير خلايا الطاقة الشمسية النيلية المصنوعة من السيليوم الإنديوم (CIGS) ذات الكفاءة العالية ، والمتوفرة تجاريًا الآن ، ولكنها تحل محل الإنديوم والغاليوم في هذه الخلايا بزنك وقصدير أرخص وأكثر وفرة.

حتى الآن ، ومع ذلك ، الخلايا الشمسية CZTS غير فعالة نسبيا: أنها تحول أقل من 13 في المئة من أشعة الشمس التي تقع على الكهرباء ، مقارنة مع 20 في المئة للخلايا الشمسية CIGS أكثر تكلفة.

نحن نعلم أن الخلايا الشمسية CZTS لديها القدرة على أن تكون فعالة بنسبة 30. التحديات الرئيسية هي 1) تجميع السينمائي الرفيع عالي الجودة من CZTS بدون أي آثار للشوائب ، و 2) لإيجاد مادة مناسبة للطبقة "العازلة" تحتها ، مما يساعد على جمع الشحنات الكهربائية التي يخلقها ضوء الشمس في الطبقة الماصة. أنتجت مختبرنا فيلم رقيقة CZTS مع كفاءة سبعة في المئة. نأمل أن نتناول فعالية النسبة المئوية لـ 15 قريبًا عن طريق تجميع طبقات CZTS عالية الجودة وإيجاد طبقات عازلة مناسبة.

هيكل خلية شمسية CZTS. قدمت تارا داكال / جامعة بينغهامتون ، المؤلفهيكل خلية شمسية CZTS.
تارا Dhakal / جامعة بينغهامتون ، قدم المؤلف
البيريت هو مادة امتصاص أخرى يمكن تركيبها عند درجات حرارة منخفضة جدًا. لقد قام مختبرنا بتجميع أفلام البيريت الرفيعة ، والآن نحن نعمل على ترميز هذه الأفلام في الخلايا الشمسية. هذه العملية صعبة لأن البيريت يتكسر بسهولة عندما يتعرض للحرارة والرطوبة. نحن نبحث عن طرق لجعلها أكثر استقرارًا دون التأثير على امتصاصها الشمسي وخواصها الميكانيكية. إذا استطعنا حل هذه المشكلة ، يمكن أن يتحول "ذهب الأحمق" إلى جهاز ضوئي ذكي.

في دراسة حديثة ، قدر الباحثون في جامعة ستانفورد وجامعة كاليفورنيا في بيركلي أن الطاقة الشمسية يمكن أن توفر تصل إلى شنومك في المئة من الكهرباء في الولايات المتحدة بواسطة 2050. لتحقيق هذا الهدف ، نحن بحاجة إلى مواصلة خفض تكلفة الطاقة الشمسية وإيجاد طرق لجعل الخلايا الشمسية أكثر استدامة. نحن نعتقد أن المواد الوفيرة وغير السامة هي المفتاح لتحقيق إمكانات الطاقة الشمسية.

نبذة عن الكاتب

دخال تاراتارا P. Dhakal ، أستاذ مساعد في الهندسة الكهربائية والحاسوب ، جامعة Binghamton ، جامعة ولاية نيويورك. اهتمامه البحثي في ​​الطاقة المتجددة ، ولا سيما الطاقة الشمسية. هدفه البحثي هو تحقيق تكنولوجيا الخلايا الشمسية التي تكون حميدة بيئيا وذات أسعار معقولة اقتصاديًا.

تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة. إقرأ ال المقال الأصلي.

كتب ذات صلة

at سوق InnerSelf و Amazon

 

ربما يعجبك أيضا

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةرمز youtubeرمز الانستغرامرمز pintrestأيقونة آر إس إس

 احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

مجلة أسبوعية يوميا الإلهام

اللغات المتوفرة

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

أصوات INNERSELF

مجموعة من الأفراد متعددي الأعراق يقفون لالتقاط صورة جماعية
سبع طرق لإظهار الاحترام لفريقك المتنوع (فيديو)
by كيلي ماكدونالد
الاحترام له مغزى عميق ، لكنه لا يكلف شيئًا لتقديمه. فيما يلي الطرق التي يمكنك من خلالها التوضيح (و ...
الفيل يمشي أمام غروب الشمس
نظرة فلكية عامة وتوقعات الأبراج: 16 - 22 مايو 2022
by حزب الأصالة والمعاصرة Younghans
تستند هذه المجلة الفلكية الأسبوعية إلى تأثيرات الكواكب ، وتقدم وجهات نظر و ...
صورة ليو بوسكاليا من غلاف كتابه: العيش والمحبة والتعلم
كيف تغير حياة شخص ما في بضع ثوان
by جويس Vissell
تغيرت حياتي بشكل كبير عندما أخذ شخص ما تلك الثانية للإشارة إلى جمالي.
صورة مركبة للخسوف الكلي للقمر
نظرة فلكية عامة وتوقعات الأبراج: 9 - 15 مايو 2022
by حزب الأصالة والمعاصرة Younghans
تستند هذه المجلة الفلكية الأسبوعية إلى تأثيرات الكواكب ، وتقدم وجهات نظر و ...
05 08 تطوير التفكير الرحيم 2593344 مكتمل
تنمية التفكير الرحيم تجاه الذات والآخرين
by ماري T. راسل، InnerSelf.com
عندما يتحدث الناس عن التعاطف ، فإنهم في الغالب يشيرون إلى التعاطف مع الآخرين ... من أجل ...
رجل يكتب رسالة
كتابة الحقيقة والسماح للعواطف بالتدفق
by باربارا بيرجر
تدوين الأشياء طريقة جيدة لممارسة قول الحقيقة.
زوجان شابان يرتديان أقنعة واقية ويقفان على جسر
جسر للشفاء: عزيزي فيروس كورونا ...
by لورا أفرسانو
يمثل جائحة فيروس كورونا تيارًا في مجالات الواقع النفسية والجسدية لدينا ...
صورة ظلية لشخص يجلس أمام كلمات مثل الحنون ، اليقظة ، القبول ، إلخ.
الإلهام اليومي: 6 مايو 2022
by ماري تي ، راسل ، InnerSelf.com
أي نوع من المعلمين يعيش في رأسك؟
ماذا في العنوان: هل أنت بوذا؟
ما في العنوان: هل أنت بوذا؟ هل أنت المسيح؟
by آلان كوهين
سأل أحد طلابه بوذا ، "هل أنت المسيح؟" أجاب بوذا "لا". "إذًا هل أنت ...
قفزة تطورية: رؤية جديدة لعصر جديد
كونها لا تفعل: رؤية جديدة لعصر جديد
by نيكوليا كريستي
لقد أصبحت البشرية متورطة في نظام عالمي مختل. أصبح مخدرا بواسطة ...
غابة مع سرخس وضوء ساطع في الخلفية
مجرد شيء جيد ... وآخر ، وآخر
by ماري رسل
استيقظت هذا الصباح على سماء رمادية. كان فكرتي الأولى "آه ، يوم رمادي!" خطرت لي أن ...

الأكثر قراءة

05 08 تطوير التفكير الرحيم 2593344 مكتمل
تنمية التفكير الرحيم تجاه الذات والآخرين (فيديو)
by ماري T. راسل، InnerSelf.com
عندما يتحدث الناس عن التعاطف ، فإنهم في الغالب يشيرون إلى التعاطف مع الآخرين ... من أجل ...
التسوق عندما يحبك الله 4 8
كيف يؤدي الشعور بحب الله إلى تقليل الإنفاق على تحسين الذات
by جامعة ديوك
المسيحيون الروحيون أو المتدينون هم أقل عرضة لشراء منتجات تحسين الذات ...
مادة النخالة الرمادية والبيضاء 4 7
فهم مسألة الرمادي والأبيض في الدماغ
by كريستوفر فيلي ، جامعة كولورادو
دماغ الإنسان هو عضو يزن ثلاثة أرطال ويظل لغزًا إلى حد كبير. لكن معظم الناس سمعوا ...
العيون تتنبأ بالصحة 4 9
ما تكشفه عيناك عن صحتك
by باربرا بيرسيونيك ، جامعة أنجليا روسكين
طور العلماء في جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، تطبيقًا للهواتف الذكية يمكنه ...
صورة قدم شخص حافي يقف على العشب
ممارسات التأريض واستعادة اتصالك بالطبيعة
by جوفانكا سياريس
لدينا جميعًا هذه الصلة بالطبيعة والعالم بأسره: بالأرض والماء والهواء و ...
05 08 تطوير التفكير الرحيم 2593344 مكتمل
تنمية التفكير الرحيم تجاه الذات والآخرين
by ماري T. راسل، InnerSelf.com
عندما يتحدث الناس عن التعاطف ، فإنهم في الغالب يشيرون إلى التعاطف مع الآخرين ... من أجل ...
رجل يكتب رسالة
كتابة الحقيقة والسماح للعواطف بالتدفق
by باربارا بيرجر
تدوين الأشياء طريقة جيدة لممارسة قول الحقيقة.
بيئة إعادة البناء 4 14
كيف تعود الطيور الأصلية إلى الغابات الحضرية المستعادة في نيوزيلندا
by إليزابيث إليوت نوي ، جامعة لينكولن وآخرون
التحضر ، وتدمير الموائل التي ينطوي عليها ، هو تهديد رئيسي للطيور المحلية ...

مواقف جديدة - إمكانيات جديدة

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf سوق
حقوق التأليف والنشر © 1985 - 2021 إينيرسيلف المنشورات. كل الحقوق محفوظة.