تقنية البروفسكايت (Perovskite) تعتبر واحدة من التطورات المثيرة في مجال الطاقة الشمسية، حيث تُعد واحدة من الإبتكارات التي قد تحقق طفرة في فعالية إستخدام الطاقة الشمسية. سنقوم في هذا المقال بفهم أساسيات تقنية البروفسكايت ، تطورها ، ميزاياها ، التحديات التي واجه هذه التقنية.
مفهوم البروفسكايت:
تقنية البروفسكايت تستند إلى استخدام مواد جديدة في صناعة الخلايا الشمسية. حيث يتم إستبدال السيليكون التقليدي بمركب البروفسكايت، وهو نوع من المركبات الكيميائية تتميز بقدرتها على امتصاص الضوء بشكل فعال.
البروفسكايت هي مجموعة من المواد التي تتشابه في هيكلها وتتمتع بخصائص مميزة، مثل التوصيل الفائق، والمقاومة المغناطيسية، وغيرها. يعتقد العلماء أن هذه المواد هي مستقبل الألواح الشمسية لأنها سهلة التصنيع وتتمتع بهيكل فريد يجعلها مثالية للخلايا الشمسية الفعالة من حيث التكلفة.
تطور كفاءة خلايا الطاقة الشمسية المصنوعة البروفسكايت:
خلية الطاقة الشمسية المصنوعة من مادة البروفسكايت هي نوع من خلايا الطاقة الشمسية تتضمن مركباً بنية بروفسكايت.
كفاءة هذه الخلايا تكسر الأرقام القياسية كل عام، ففي عام 2009، تحقق العلماء من أن كفاءة تحويل الطاقة لهذه الخالايا هي فقط بنسبة 3.8٪، ومنذ عام 2016، كان الرقم القياسي لخلايا الطاقة الشمسية البروفسكايت-السيليكون تاندم (perovskite-silicon tandem) أعلى من ذلك لخلايا الطاقة الشمسية الفردية.
قبل أيام معدودة أعلنت شركة لونجي (LONGI) الصينية التي تتبنى البحث والتطوير في تقنية البروفسكايت وصولها لكفاءة تصل إلى 33.9%.
مزايا تقنية البروفسكايت:
الكفاءة العالية:
البروفسكايت تعتبر أحد المواد ذات الكفاءة العالية في إمتصاص الضوء الشمسي، مما يمكن إستغلال كميات أكبر من الطاقة.
تم تحقيق كفاءة مسجلة بنسبة 33.9٪ حتى الآن، وهو أعلى تقريباً بنسبة 7.1٪ من أعلى كفاءة مسجلة لتقنية السيليكون البلوري.
كما تحتوي الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري على معامل حراري يبلغ تقريباً 0.38٪ لكل درجة مئوية، ولكن خلايا البروفسكايت لديها معامل حراري 0.13٪ لكل درجة مئوية.
التكلفة المنخفضة:
تُعتبر المواد المستخدمة في تقنية البروفسكايت أقل تكلفة مقارنةً بالسيليكون التقليدي، مما يساهم في جعل تقينة الطاقة الشمسية أكثر جدوى وإقتصادية.
مرونة في التصنيع:
تقنية البروفسكايت تفتح أفقاً جديداً في قطاع صناعة الألواح الشمسية، حيث تمكن خصائص البروفسكايت إستخدام عمليات تصنيع بسيطة وفعالة تقود إلى الإنتاج الضخم، حيث يمكن صنعها بطريقة الطباعة مثلاً.
تحديات تقنية البروفسكايت:
إستقرار الأداء:
مع تطور هذه التقنية، هناك حاجة إلى تحسين إستقرار أداء البروفسكايت على المدى الطويل وتقليل فقدان الكفاءة مع مرور الوقت.
تعتبر تكنولوجيا خلية الطاقة الشمسية السيليكون البلوري تكنولوجيا ناضجة بعمر يصل إلى 30 عامًا، في حين أن ألواح البروفسكايت تَدوم فقط 30 شهرًا في أفضل حالة لها، مما يجعلها غير عملية لمعظم التطبيقات العملية.
الصيانة المستدامة:
يجب أن تكون تقنية البروفسكايت قابلة للصيانة بشكل فعال ومستدام لضمان إستدامة نظم توليد الطاقة الشمسية التي تستخدم فيها ألواح البروفسكايت .
تجارب التسويق لألواح البروفسكايت:
كانت بطاريات الليثيوم في دائرة الضوء عن طريق التسويق، على الرغم من أنها لم تُطبق على نطاق واسع بعد .
مع ظهور بعض الشركات المهمة التي تستهدف تطبيق تقنية البروفسكايت على نطاق واسع كإطلاق شركة GCL Nano خط إنتاج بقوة 100 ميجاوات، تم بالفعل بيع منتجات الطاقة الشمسية البروفسكايت.
بوصفها أكثر تطوّراً وحيوية في تقنية الخلايا الشمسية الجديدة للجيل القادم، أشارت كبرى الشركات إلى أنها تتابع عن كثب إتجاه وتطور تقنية البروفسكايت وتعتزم وضع خطط لإطلاقها.
تظهر بعض التقارير والمقالات أنه عندما تصل الطاقة الإنتاجية لخلايا الطاقة الشمسية البروفسكايت إلى 1 غيغاواط، يُتوقع أن تنخفض تكلفتها إلى أقل من 0.1 دولار لكل واط.
لكن مع إنخفاض أسعار الألواح الشمسية التقليدية ، هل يؤجل أو يؤخر إطلاق تسويق هذه التقنية؟!
ختاماً ، تقنية البروفسكايت تُعد إضافة مثيرة لعالم الطاقة الشمسية، حيث تفتح أفقاً جديداً لتحسين كفاءة وتكلفة توليد الطاقة. رغم وجود تحديات تقنية، إلا أن الابتكارات المستمرة قد تسهم في تحقيق تطورات هائلة في هذا المجال. بذلك، يمكن أن تكون تقنية البروفسكايت خطوة هامة نحو مستقبل أكثر استدامة ونظيفة.
المراجع:
- Mag, S. (2022) “Perovskite Solar Cells: An In-Depth Guide + Comparisons with other techs,” Solar Magazine.
- Manser, Joseph S.; Christians, Jeffrey A.; Kamat, Prashant V. (2016). “Intriguing Optoelectronic Properties of Metal Halide Perovskites”. Chemical Reviews. 116 (21): 12956–13008. doi:10.1021/acs.chemrev.6b00136. PMID 27327168
- https://www.energy.gov/eere/solar/perovskite-solar-cells
- https://www.linkedin.com/pulse/perovskite-solar-cell-future-maysun-solar-china/
- https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html
- https://taiyangnews.info/china-solar-pv-news-snippets-54/
- https://www.pv-magazine.com/2023/06/26/gcl-si-develops-perovskite-solar-panel-with-16-02-efficiency/
ياخ ماشاءالله البحث ماشي بسرعة في مجال تطوير الالواح
لكن فعلا العمر الافتراضي قليل جداً مقارنة بالسليكون
لكن سيتعالج بالبحث
والله يا شيخون متعتنا وديتنا الخلاصة
ربنا يبارك في عملك ويوفقك للمزيد.