أنظمة الطاقة الشمسية المركزة تولد الكهرباء في الأيام المُلبدة بالغيوم

فتحت أنظمة الطاقة الشمسية المركّزة طاقة أمل لتوليد الكهرباء، ليس فقط خلال الأيام المُشمسة، بل حتى في الأوقات التي تتكاثر فيها الغيوم في السماء.

وأضحت الطاقة المتجددة الخيار المٌفضل لدى العديد من بلدان العالم، لتوليد الكهرباء النظيفة المستدامة لتراجع تكلفتها، ولكونها ركنًا أساسيًا في مساعي تلك الدول للوصول إلى أهداف الحياد الكربوني.

وفي هذا السيناريو، توصل فريق من الباحثين التايوانيين إلى حل لغز تسرب الضوء في أنظمة الطاقة الشمسية المركزة التي تستعمل عدسات فريسنل -صفائح محمولة وخفيفة الوزن تُستخدم لتجميع الضوء أو التكبير- حسبما أورد موقع مجلة “بي في ماغازين” pv magazine المتخصص.

وتعتمد فكرة أنظمة الطاقة الشمسية المركزة ببساطة على استعمال عدسات أو مرايا لتركيز بقعة كبيرة من ضوء الشمس على مساحة صغيرة، ثم تحويل الضوء المركز إلى حرارة تكفي لتشغيل محرك متصل بمولد للطاقة، حيث تُولد الكهرباء وبكميات كبيرة، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

عدسات فريسنل

ذكر الباحثون أن أنظمة الطاقة الشمسية المركزة المُزودة بعدسات فريسنل لديها القدرة على امتصاص ضوء الشمس حتى في ظل ظروف الطقس الغائم؛ ومع ذلك تعاني تلك الأجهزة تسرب الضوء.

وأوضح الباحثون: “عدسات فريسنل مُصممة -خصيصًا- لتقليل وزن العدسات بدرجة كبيرة، حتى يتسنى لها استيفاء متطلبات نظام الطاقة الشمسية في تتبع ضوء الشمس وتوليد الكهرباء منه”.

وأضافوا: “ومع ذلك، فإنه وبخلاف العدسات التقليدية، ربما تتسبب أسطح العدسات غير الملساء الموزعة في أجزاء متعددة، في تسرب كبير وحتمي للضوء نتيجة عيوب التصنيع، مثل نصف قطر الانحناء (المسافة بين قمة الرأس إلى مركز الانحناء) لعدسات فريسنل المُصنعة”.

وافترض الباحثون استعمال عدسات فريسنل عرض 129 مليمترًا، وسمك 1.81 ميليمترًا، ومنطقة تركيز بؤري حجم 1.1 × 1.1 ميليمترًا، ومعدل طاقة بؤرية 63%، ونسبة تسرب ضوء خارج منطقة التركيز البؤري 37%.

محاكاة للواقع

قاس الباحثون طاقة الضوء في منطقة التسرب بعدسات فريسنل ذات الهياكل المختلفة، تحت أشعة الضوء أحادي اللون، واستخدموا ألواحًا ذات معدلات اختراق مختلفة بهدف محاكاة الظروف الخارجية لسمك طبقة سحابة مختلفة.

وفي ضوء نتائج المحاكاة، استطاع الباحثون تصميم أنظمة الطاقة الشمسية المركزة التي تتمتع بأداء جيد حتى في ظل تكاثر السحب في السماء.

وتحتوي أنظمة الطاقة الشمسية الجديدة على عدسات فريسنل 2×2، مثبتة على صندوق قابل للدوران، بما يمكن ضبطه وتعديله يدويًا، كي يكون الصندوق في مواجهة مباشرة مع الشمس في أي وقت.

وتعتمد أنظمة الطاقة الشمسية المركّزة على ألواح شمسية عالية الكفاءة، مصنوعة من أشباه موصلات من نوع III-V عند نقطة التركيز البؤري، وحولها خلايا شمسية متعددة الكريستالات.

وفي هذا الصدد قال الباحثون: “الضوء المتسرب من عدسات فريسنل والضوء المتناثر من شعاع الشمس الذي يمر عبر السحب يمكن توجيهه إلى الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون بقصد توليد الكهرباء”.

وأوضحوا أن السماء حينما تكون صافية، يتركز الضوء على الخلايا الشمسية المركّزة؛ “لذا يكون معدل كفاءة توليد الكهرباء عاليًا”.

وأضافوا: “في ظروف الطقس المُلبدة بالغيوم، لا يمكن أن تتركز أشعة الشمس على الخلايا الشمسية عالية الكفاءة، ولذا لا يمكن لأنظمة الطاقة المركزة أن تولد الكهرباء بالكفاءة المطلوبة، غير أن هذا التصميم ما زالت لديه القدرة على توليد الكهرباء عبر الألواح الشمسية متعددة الكريستالات”.

وعبر تلك المحاكاة، خلص الباحثون التايوانيون إلى حقيقة علمية مفادها أن عدسات فريسنل قد تصل إلى معدل استضاءة شدته من 20 ألفًا إلى 40 ألف lx، في منطقة تسرب الضوء، سواءً إذا كان ذلك في يوم مُشمس أو حتى في يوم تتكاثر فيه السحب.

وخلص الباحثون إلى أن أنظمة الطاقة الشمسية المركزة الجديدة ذات جدوى كبيرة في توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية بأقصى درجة من الكفاءة في ظروف طقس مختلفة.

المصدر: الطاقة