خلايا البيروفسكايت الشمسية لتشغيل الطائرات المسيرة.. تقنية واعدة

تمكّن العلماء من تطوير نوع من خلايا البيروفسكايت الشمسية فائقة الخفة التي أثبتت إمكانات واعدة في تشغيل الأنظمة المكتفية ذاتيًا من الطاقة، مثل الطائرات دون طيار.

ويمثّل هذا النوع من الخلايا تطورًا مذهلًا بفضل كفاءتها المحتملة وخصائصها البصرية الفريدة، كما أن الهيكل البلوري لتلك الخلايا يتيح امتصاص الضوء بشكل مثالي؛ ما يمكّنها من منافسة أو حتى التفوق على الخلايا الشمسية التقليدية المصنعة من السيليكون.

ويفتح تطوير خلايا البيروفسكايت الشمسية واستعمالها في تشغيل المسيرات الباب على مصراعيه أمام استعمال الطاقة الشمسية في قطاع الطيران على نطاق واسع، وما لذلك من آثار إيجابية في البيئة عبر خفض الانبعاثات الناجمة عن هذا القطاع الحيوي.

ويمثّل قطاع الطيران ما يتراوح بين 2 و3% من الانبعاثات الكربونية العالمية، علمًا بأن وقود الطيران المستدام لا غنى عنه لتقليص تلك الانبعاثات، غير أنه مكلف جدًا، وتقل نسبته عن 1% من إجمالي وقود الطائرات العالمي، وفق تقديرات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

تطوير ثوري

نجح فريق من الباحثين بجامعة يوهانس كيبلر لينزا الحكومية النمساوية في تطوير خلايا البيروفسكايت الشمسية المصنوعة من هاليد الرصاص والتي لديها القدرة على شحن بطاريات المروحيات الرباعية الصغيرة في أثناء الطيران، وفق دراسة حديثة نشرت نتائجها دورية نيتشر إنرجي العلمية.

وتتّسم خلايا البيروفسكايت الشمسية المذكورة بكونها خفيفة الوزن للغاية وشبه ثنائية الأبعاد، ولديها القدرة على إنتاج كهرباء غير مسبوقة تصل إلى 44 واط/غرام وبمستوى عالٍ نسبيًا من الاستقرار.

وقال أحد المؤلفين الرئيسين للدراسة ويُدعى كريستوف بوتز: “الخلايا الشمسية فائقة الرقة وخفيفة الوزن لا تُظهِر إمكانات ثورية في آلية توليد الكهرباء بصناعة الطيران فحسب، بل هناك -كذلك- مجموعة واسعة من التطبيقات التي تشمل الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء، وإنترنت الأشياء، والتي يمكن الاستفادة من تلك التقنية التكنولوجية الجديدة”.

والأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء هي أجهزة يمكن للإنسان ارتداؤها بصفتها ملحقات، تكون ضمن الملابس أو مزروعة في الجسم أو حتى موشومة على الجلد.

وأضاف بوتز: “خلايا البيروفسكايت الشمسية خفيفة الوزن وعالية الكفاءة والقابلة للتكيف هي كلمة السر في تطوير الجيل القادم من الأنظمة المكتفية ذاتيًا من الطاقة”، في تصريحات رصدتها منصة الطاقة المتخصصة.

مواصفات قياسية

بمقدور وحدة الخلايا الشمسية الخفيفة والمرنة، والتي تكون أرفع 20 مرة من خصلة شعر الإنسان، أن توفر الكهرباء لمجموعة كبيرة من الأجهزة الإلكترونية في أي مكان يوجد فيه ضوء.

وتتمتّع خلايا البيروفسكايت الشمسية شبه ثنائية الأبعاد، التي يقل سمكها عن 2.5 ميكرومتر، بمعدل كفاءة مذهل يصل إلى 20.1% مع احتفاظها بدرجة عالية من المرونة.

(الميكرومتر = 1 جزء من المليون من المتر)

وإلى ذلك فإن كثافة الطاقة العالية جدًا التي تتسم بها ألواح البيروفسكايت الشمسية والتي تصل إلى 44 واط/غرام، تجعلها مميزة جدًا عن غيرها من تقنيات الخلايا الشمسية.

ولبناء خلايا شمسية موثوقة من الناحية التشغيلية ومستقرة للغاية ومرنة مع نسبة طاقة إلى وزن عالية، يتعين أن يكون هناك توازن بين نفاذية الغاز والرطوبة المنخفضة، إلى جانب درجة عالية من المرونة والركائز البلاستيكية الشفافة جنبًا إلى جنب مع مواد الخلايا الشمسية القوية.

وفي هذا الخصوص تمكّن الباحثون من جامعة يوهانس كيبلر لينزا من تعزيز الاستقرار التشغيلي للخلايا عبر تطبيق طبقة شفافة من أكسيد الألومنيوم على الطبقة الرقيقة؛ ما أدى إلى تعزيز فاعلية وأداء مادة الخلايا الشمسية نفسها.

اختبار حقيقي ناجح

لإظهار المقومات التي تتمتع بها خلايا البيروفسكايت الشمسية، طبّق الباحثون تقنيتهم الجديدة على طائرة مسيرة تجارية بحجم كف اليد ومزودة بخلايا شمسية فائقة الخفة.

ودمج العلماء 24 وحدة من تلك الخلايا بسلاسة في إطار الطائرة المسيرة؛ لتمثل الخلايا 1/ 400 فقط من إجمالي وزنها، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

وساعد هذا التكوين الطائرة على العمل ذاتيًا، وأداء دورات متعاقبة من الشحن والطيران ثم الشحن، دون الحاجة إلى الشحن التقليدي عبر الأسلاك؛ ما يسلط الضوء على كفاءة واستدامة خلايا البيروفسكايت الشمسية.

ولإثبات موثوقية التقنية اختبر العلماء الطائرة دون طيار في الهواء الطلق من أجل تعريضها لظروف الحياة الحقيقية واستكشاف قدرتها على التحمل.

وبعد مرور 50 ساعة، وجد الباحثون أن الوحدات الشمسية ما زالت تحقق 74% من إنتاجها الأصلي، مشيرين إلى أن الأداء الذي حققته خلايا البيروفسكايت الشمسية أُكِّدَ -كذلك- من قِبل مختبر خارجي.

وإلى جانب تشغيل المسيرات، تتعدّد التطبيقات المحتملة التي تتيحها خلال البيروفسكايت الشمسية في عمليات البحث والإنقاذ، ورسم الخرائط على نطاق واسع، وتوليد الطاقة الشمسية في الفضاء، واستكشاف الأنظمة الشمسية.

وينظر الباحثون إلى نتائج أبحاثهم على أنها خُطوة نحو تطوير نظام شحن للطائرات المسيرة يمكن تشغيله بشكل مستدام.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..