لأول مرة.. تطوير خلايا ضوئية تعمل في الليل

توصل فريق من الباحثين في جامعة كاليفورنيا إلى تطوير نوع جديد من الخلايا الضوئية، تولد الكهرباء في الليل عند إطلاقها الأشعة تحت الحمراء، عكس الخلايا التقليدية التي تعتمد لذلك على امتصاص أشعة الشمس.

إذ رغم الاعتماد المتزايد على الطاقات المتجددة خلال العقود القليلة الماضية، ولا سيما الطاقة الشمسية، فإن معضلة عدم انتظامها واستمراريتها طوال اليوم أو على مدار العام، يمثل عائقا أمامها لمنافسة المصادر الأحفورية للطاقة بشكل جدي.

ومن ثم يعمل الباحثون بشكل حثيث على تطوير حلول تقنية لتخزين الفائض من الطاقة لاستخدامه خلال الليل أو في الأيام الغائمة، لكن أغلب التقنيات التي تم ترويجها إلى اليوم لم تنجح في تجاوز هذه العقبة.

- خلايا ليلية

وفي الدراسة الجديدة المنشورة في عدد يناير/كانون الثاني من دورية "آي سي إس فوتونيك" وظهرت على غلافها، عمل باحثون من جامعة كاليفورنيا ديفيس على معالجة المسألة من زاوية مختلفة، بتطوير خلايا ضوئية قادرة على إنتاج الطاقة ليلا عندما لا يكون هناك شمس ولا حرارة.

ووفقا لجيريمي موندي أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة كاليفورنيا ديفيس، يمكن للخلايا الضوئية المبتكرة توليد ما يصل إلى خمسين واطا من الطاقة لكل متر مربع في ظل ظروف مثالية في الليل، أي حوالي ربع ما يمكن أن تولده الألواح الشمسية التقليدية في النهار.

ويقول الباحثون إن طريقة عمل الخلايا الليلية تشبه الطريقة التي تعمل بها الخلية العادية، ولكن في الاتجاه المعاكس. فمن المعروف أن أي جسم أسخن من البيئة المحيطة به يشع الحرارة في شكل أشعة تحت حمراء، في المقابل تمتص الخلية التقليدية الباردة الضوء.

لذلك، فإذا كان لديك جسم دافئ في جو بارد نسبيا فإنه سوف يشع الحرارة باتجاهه، وهي ظاهرة معروفة منذ القدم، لكن الاهتمام بها لاستخدامها في مجال إنتاج الطاقة لم يظهر إلا في السنوات الخمس الماضية.

- مبدأ عكسي

يشرح موندي كيفية توليد الخلايا الجديدة للطاقة، قائلا "إن الخلايا الشمسية التقليدية تولد الطاقة عن طريق امتصاص أشعة الشمس التي تتسبب في ظهور الجهد الكهربي عبر الجهاز وتدفق التيار، لكن في الخلايا الجديدة التي تستخدم مواد مختلفة، يتم إصدار الضوء (أشعة تحت الحمراء) بدلا من ذلك، بينما يسير التيار والجهد في الاتجاه المعاكس".

يشير مؤلفو الدراسة إلى أن الخلايا الجديدة تختلف عن نوع آخر من الأجهزة يسمى الخلية الحرارية التي تولد الطاقة عن طريق إشعاع الحرارة إلى محيطها، وقد تم تطويرها سابقا واستخدامها في التقاط الحرارة المهدرة من المحركات.

ويقول الباحثون إن الخلايا الضوئية الجديدة بإمكانها العمل كذلك خلال فترات النهار المشمسة، إذا وضعت في منطقة ظليلة بعيدة عن أشعة الشمس المباشرة أو تم توجيهها بعيدا عن اتجاهها؛ لذلك فهي خيار مثير للاهتمام لتحقيق التوازن في شبكة الطاقة أثناء دورة الليل والنهار.