تأثير الألواح الشمسية المقاومة للماء على البيئة والاقتصاد

تُعَد الألواح الشمسية المقاومة للماء ثمار أحدث الجهود التي يبذلها العلماء لتطوير أحد المصادر المستدامة للطاقة المتجددة؛ ما يفتح فصلًا جديدًا في استعمال الأنظمة التي تتعرّض لظروف ضوء متغيرة باستمرار، مثل الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء.

والأجهزة القابلة للارتداء هي أجهزة إلكترونية يستطيع الإنسان ارتداءها بصفة ملحقات، تكون ضمن الملابس أو مزروعة في الجسم أو حتى موشومة على الجلد.

وأضحت الطاقة المتجددة؛ من بينها الطاقة الشمسية، لا غنى عنها في وقت يشهد خلاله العالم سلسلة من الأزمات العالمية؛ ما جعل التقدم المحرز في تلك التقنيات النظيفة مسألة حاسمة لتطور البشرية وازدهارها.

مقاومة الماء

اقترحت دراسة بحثية حديثة استعمال الألواح الشمسية المقاومة للماء مصدرًا ملائمًا لتشغيل الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء التي تُثبت في الملابس لرصد الأجهزة الطبية دون الحاجة لبطاريات كهربائية، وفق ما هو منشور في دورية نيتشر كوميونيكيشنز (Nature Communications).

وفتحت تلك الدراسة آفاقًا لتثبيت الألواح الشمسية في الملابس، مع احتفاظها بإمكان العمل بكفاءة حتى بعد تعرضها لمياه المطر، أو حتى غسيل الملابس الموجودة بها.

وبأخذ تلك الخاصية في الاعتبار طوّر الباحثون في مركز ريكن لعلوم المواد الناشئة (RIKEN Center for Emergent Matter Science) في اليابان ألواحًا شمسية عضوية تستعمل طبقة نقل تعتمد على أكسيد الفضة (AgOx).

وتُصمم التقنية الجديدة لضمان مقاومة الألواح الشمسية للماء حتى في ظل التشوه الميكانيكي؛ إذ إنها تزيد درجة الالتصاق بين القطب الكهربائي وواجهة الطبقة النشطة.

وفي الورقة البحثية التي تحمل اسم "الخلايا الشمسية العضوية المقاومة للماء والمرنة للغاية مع تحسين التصاق الواجهة"، أوضح العلماء أنهم عززوا فاعلية أكسيد الفضة بشريط من بوليميد شفاف.

وشريط البوليميد هو عبارة عن شريط مقاوم لدرجات الحرارة العالية مصنوع من شريط بوليميد وطبقة لاصقة، ويستعمل للعزل الكهربائي واللحام الموجي وبوصفه حاجزًا كهربائيًا في صناعات السيارات والفضاء والإلكترونيات والتصنيع.

آلية التقنية

وضع العلماء طبقة الأنود، وهو قطب كهربائي فضي، مباشرةً على الطبقات النشطة؛ ما نتج عنه التصاق أفضل بين الطبقات.

كما استعمل العلماء عملية التلدين الحراري؛ حيث يُعرض شريط البوليميد للهواء عند درجة حرارة 85 درجة مئوية لمدة 24 ساعة.

وقال المؤلف الأول للبحث سيكسينغ شيونغ: “كان تشكيل الطبقة يمثل تحديًا بالنسبة لنا، لكننا كنا سعداء بإنجازها، وفي النهاية نجحنا في تصميم شريط بسُمك 3 ميكرومترات فقط”.

والميكرومتر أو الميكرون هو وحدة طول في النظام الدولي للوحدات وتعادل جزءًا من مليون من المتر.

وعند غمر الشريط بالكامل في الماء لمدة 4 ساعات، وجد الباحثون أنه ما زال يتمتّع بنسبة 89% من أدائه الأصلي.

كما اختُبِرَت مقاومة الماء عند درجات حرارة صفر درجة مئوية، و20 درجة مئوية، و40 درجة مئوية، وأشارت النتائج إلى أن أداء مقاومة الماء لا يتأثر إلى حد كبير بدرجة الحرارة.

وعندما تعرّض الشريط للتمدد بنسبة 30% تحت الماء 300 مرة، احتفظ بـ96% من أدائه.

وخلصت الورقة البحثية إلى نتيجة تؤكد أن الألواح الشمسية المقاومة للماء والمزوّدة بأقطاب أكسيد الفضة/الفضة AgOx/Ag الكهربائية تحافظ على استقرارها حتى عندما تتعرّض لتشوه ميكانيكي تحت الماء؛ ما يسلط الضوء على مدى ملاءمتها للأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء.

تأثير الغسالة

لم يتأثر شريط البوليميد -كذلك- نتيجة تعرّضه لدورة غسيل في الغسالة، وهو أمر تزعم ورقة البحث أنه غير مسبوق.

إذ قالت الورقة البحثية: “احتفظت الألواح الشمسية المقاومة للماء التي تحتوي على أقطاب الفضة/أكسيد الفضة الكهربائية بنسبة 90% من كفاءة تحويل الطاقة الأصلية بعد دورتي غسيل في الغسالة”.

وتشير النتائج إلى أن تلك الألواح الشمسية المقاومة للماء المزودة بأقطاب الفضة/أكسيد الفضة يمكنها الحفاظ على التشغيل المستمر والفاعل تحت الماء، ومن ثم تمكين مصدر كهربائي طويل الأجل للأنظمة وأجهزة الاستشعار المستقلة تحت الماء.

وقال المؤلف المشارك للورقة البحثية كينجيرو فوكودا: "ما صممناه هو طريقة يمكن استعمالها بوجه عام"، مضيفًا أنه بالنظر إلى المستقبل؛ فإنه من خلال تحسين درجة استقرار الأجهزة في مجالات أخرى، مثل التعرض للهواء والضوء القوي والضغط الميكانيكي؛ فإننا نعتزم تطوير الخلايا الشمسية العضوية فائقة الرقة؛ بما يتيح استعمالها في أجهزة عملية قابلة للارتداء.

المصدر | وكالة الطاقة المتخصصة