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.

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

InnerSelf سوق

أمازون

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةرمز youtubeرمز الانستغرامرمز pintrestأيقونة آر إس إس

 احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

مجلة أسبوعية يوميا الإلهام

أحدث الفيديوهات

بدأت الهجرة المناخية الكبرى
بدأت الهجرة المناخية الكبرى
by معلن
تجبر أزمة المناخ الآلاف حول العالم على الفرار حيث أصبحت منازلهم غير صالحة للسكن بشكل متزايد.
آخر عصر جليدي يخبرنا لماذا نحتاج إلى الاهتمام بتغير 2 في درجة الحرارة
آخر عصر جليدي يخبرنا لماذا نحتاج إلى الاهتمام بتغير 2 في درجة الحرارة
by آلان وليامز ، وآخرون
يذكر أحدث تقرير صادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) أنه بدون انخفاض كبير ...
ظلت الأرض صالحة للسكنى لمليارات السنين - بالضبط ما مدى حظنا؟
ظلت الأرض صالحة للسكنى لمليارات السنين - بالضبط ما مدى حظنا؟
by توبي تيريل
استغرق التطور 3 أو 4 بلايين سنة لإنتاج الإنسان العاقل Homo sapiens. إذا كان المناخ قد فشل مرة واحدة فقط في ذلك ...
كيف يمكن لرسم خرائط الطقس قبل 12,000 عام أن يساعد في التنبؤ بتغير المناخ في المستقبل
كيف يمكن لرسم خرائط الطقس قبل 12,000 عام أن يساعد في التنبؤ بتغير المناخ في المستقبل
by برايس ريا
تميزت نهاية العصر الجليدي الأخير ، منذ حوالي 12,000 عام ، بمرحلة باردة نهائية تسمى أصغر درياس. ...
من المقرر أن ينخفض ​​بحر قزوين بمقدار 9 أمتار أو أكثر هذا القرن
من المقرر أن ينخفض ​​بحر قزوين بمقدار 9 أمتار أو أكثر هذا القرن
by فرانك ويسلينج وماتيو لاتوادا
تخيل أنك على الساحل وتطل على البحر. أمامك 100 متر من الرمال القاحلة التي تبدو وكأنها ...
كانت كوكب الزهرة شبيهة بالأرض مرة أخرى ، لكن تغير المناخ جعلها غير صالحة للسكن
كانت كوكب الزهرة شبيهة بالأرض مرة أخرى ، لكن تغير المناخ جعلها غير صالحة للسكن
by ريتشارد ارنست
يمكننا تعلم الكثير عن تغير المناخ من كوكب الزهرة ، كوكبنا الشقيق. تبلغ درجة حرارة سطح الزهرة حاليًا ...
خمسة معتقدات مناخية: دورة مكثفة في التضليل المناخي
المعتقدات المناخية الخمسة: دورة مكثفة في التضليل المناخي
by جون كوك
هذا الفيديو عبارة عن دورة تدريبية مكثفة في المعلومات الخاطئة عن المناخ ، ويلخص الحجج الرئيسية المستخدمة للتشكيك في الواقع ...
لم يكن القطب الشمالي دافئًا على هذا النحو لمدة 3 ملايين عام وهذا يعني تغييرات كبيرة للكوكب
لم يكن القطب الشمالي دافئًا على هذا النحو لمدة 3 ملايين عام وهذا يعني تغييرات كبيرة للكوكب
by جولي بريغهام جريت وستيف بيتش
في كل عام ، يتقلص الغطاء الجليدي البحري في المحيط المتجمد الشمالي إلى نقطة منخفضة في منتصف سبتمبر. هذا العام يقيس 1.44 فقط ...

أحدث المقالات

الطاقة الخضراء 2 3
أربع فرص للهيدروجين الأخضر للغرب الأوسط
by كريستيان تاي
لتجنب أزمة المناخ ، سيحتاج الغرب الأوسط ، مثل بقية البلاد ، إلى إزالة الكربون من اقتصادها بالكامل عن طريق ...
ug83qrfw
حاجز رئيسي أمام طلب الاستجابة يحتاج إلى إنهاء
by جون مور على الأرض
إذا فعل المنظمون الفيدراليون الشيء الصحيح ، فقد يتمكن عملاء الكهرباء في الغرب الأوسط قريبًا من كسب المال بينما ...
الأشجار للزراعة من أجل المناخ 2
ازرع هذه الأشجار لتحسين حياة المدينة
by مايك وليامز رايس
توصلت دراسة جديدة إلى أن أشجار البلوط الحية والجميز الأمريكي أبطال من بين 17 "شجرة خارقة" من شأنها أن تساعد في جعل المدن ...
قاع البحر الشمالي
لماذا يجب أن نفهم جيولوجيا قاع البحار لتسخير الرياح
by ناتاشا بارلو ، أستاذ مشارك في التغيير البيئي الرباعي ، جامعة ليدز
بالنسبة إلى أي بلد ينعم بسهولة الوصول إلى بحر الشمال الضحل والرياح ، ستكون الرياح البحرية مفتاحًا للالتقاء بشبكة ...
3 دروس حرائق الغابات لمدن الغابات بينما دمر ديكسي فاير مدينة جرينفيل التاريخية ، كاليفورنيا
3 دروس حرائق الغابات لمدن الغابات بينما دمر ديكسي فاير مدينة جرينفيل التاريخية ، كاليفورنيا
by بارت جونسون ، أستاذ هندسة المناظر الطبيعية ، جامعة أوريغون
اجتاح حريق هائل في غابة جبلية حارة وجافة مدينة جولد راش في جرينفيل ، كاليفورنيا ، في 4 أغسطس ، ...
يمكن للصين تحقيق أهداف الطاقة والمناخ التي تحد من طاقة الفحم
يمكن للصين تحقيق أهداف الطاقة والمناخ التي تحد من طاقة الفحم
by ألفين لين
في قمة المناخ للزعيم في أبريل ، تعهد شي جين بينغ بأن الصين "ستسيطر بصرامة على الطاقة التي تعمل بالفحم ...
المياه الزرقاء محاطة بالعشب الأبيض الميت
خريطة تتتبع 30 عامًا من الذوبان الشديد للثلوج في جميع أنحاء الولايات المتحدة
by ميكايلا ميس أريزونا
توضح خريطة جديدة لأحداث ذوبان الجليد الشديد على مدى الثلاثين عامًا الماضية العمليات التي تؤدي إلى الذوبان السريع.
طائرة تسقط مثبطات حريق حمراء على حريق غابة بينما ينظر رجال الإطفاء المتوقفون على طول الطريق إلى السماء البرتقالية
يتوقع النموذج اندلاع حرائق الغابات لمدة 10 سنوات ، ثم انخفاض تدريجي
by هانا هيكي يو. واشنطن
تتنبأ نظرة على مستقبل حرائق الغابات على المدى الطويل بحدوث انفجار أولي لنشاط حرائق الغابات لمدة عقد تقريبًا ، ...

 احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

مجلة أسبوعية يوميا الإلهام

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.