أظهرت دراسة بحثية حديثة نُشرت في مجلة “جورنال أوف فوتونيكس فور إنيرجي” أن بناء قباب صغيرة فوق ألواح الطاقة الشمسية قد يساهم في تعزيز كفاءتها بنسبة تصل إلى الثلثين، ويقوم هذا التصميم بتوسيع زاوية استيعاب الضوء الشمسي؛ مما يزيد من فعالية جمع الطاقة الشمسية.

وعادة تكون الألواح الشمسية مستوية؛ مما يحد من زاوية تعرضها لأشعة الشمس، ومن خلال إضافة القباب الصغيرة فوقها يتم توسيع مساحة استيعاب الضوء الشمسي؛ مما يؤدي إلى زيادة كمية الطاقة المولدة.

واعتمادًا على الدراسة، يبدو أن التصميم الابتكاري يعمل بكفاءة أكبر عندما تكون الألواح الشمسية مائلة بين زوايا تتراوح بين 15 و 40 درجة عموديًّا على سطح الأرض، هذه الإمالة المناسبة تسمح للألواح بالاستفادة القصوى من أشعة الشمس خلال فترات النهار.

وقد نجح العلماء في كسر النمطية التقليدية في تصميم أسطح الألواح الشمسية عن طريق تضمين خلايا نانوية دائرية من مادة السيليكا، والتي تتمتع بقدرة على حبس وتدوير أشعة الشمس؛ مما يمكن الجهاز من توليد كميات أكبر من الكهرباء النظيفة.

وفي دراسة جديدة، أجرى العلماء في جامعة عبد الله جول في تركيا عمليات محاكاة معقدة لتطوير النتوءات التي تأخذ شكل قبة للأسطح الشمسية العضوية، واستخدم الفريق البحثي خلايا شمسية كهروضوئية مصنوعة من مادة بوليمر عضوية تدعى (P3HT:ICBA)، ووضعها فوق طبقة من الألومنيوم، وركيزة من مادة بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA)، ومغطاة بطبقة واقية شفافة من أكسيد القصدير الإنديوم (ITO).

وقد تم تثبيت هذا التركيب، الذي يشبه “الساندويتش”، عبر القبة بأكملها؛ مما يمثل قفزة هامة في تطوير تقنيات الطاقة المتجددة، ويفتح الباب أمام مستقبل مستدام وواعد قائم على الطاقة المتجددة.

باستخدام تقنية تحليل العناصر المحدودة ثلاثية الأبعاد المعروفة بـ “FEA”، أجرى الباحثون تحليلًا دقيقًا لأسطح الألواح الشمسية المقببة، وهذه التقنية تساعد في تقسيم الأنظمة المعقدة إلى أجزاء يمكن التحكم فيها؛ مما يسهل محاكاة وتحليل الأداء بشكل أفضل، وقد أظهرت النتائج أن الألواح الشمسية المقببة حققت تحسينات كبيرة في كفاءة امتصاص الضوء بنسب تصل إلى 36% و66% على التوالي، مقارنة بالأسطح المستوية، وتمكنت تلك النتوءات أيضًا من توجيه الضوء للدخول من زوايا متعددة؛ مما زاد من تغطية الزاوية التي يمكن للألواح أن تستقبلها، وتصل إلى 82 درجة.

ورغم أن فريق البحث لم يبنِ نماذج فعلية حتى الآن من الألواح الشمسية المقببة، فإن إثبات صحة هذا المفهوم عمليًّا قد يكون ذا فائدة كبيرة، ليس فقط لتطبيقات الخلايا الشمسية على الأسطح، بل أيضًا في الأنظمة التي تتعرض لظروف إضاءة متغيرة باستمرار، مثل الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء، وتتضمن الأجهزة القابلة للارتداء الأجهزة الإلكترونية التي يمكن للأفراد ارتداؤها كجزء من ملابسهم أو زرعها في الجسم أو حتى وضعها على الجلد كتاتو إلكتروني.

وأشار البروفيسور دويونغ هاه، مؤلف الدراسة، إلى أن “تحسين امتصاص الضوء وتوجيهه في اتجاهات متعددة، سيجعل الطبقات النشطة بتصميم الصدفة نصف الدائرية ذات فائدة كبيرة في تطبيقات الخلايا الشمسية العضوية، مثل الأجهزة الطبية الحيوية، ونوافذ توليد الكهرباء، والصوبات الزراعية، وإنترنت الأشياء، وغيرها”.

وفي مجال تقنيات الطاقة الشمسية، شهد العالم تقدمًا ملموسًا على مستويات متعددة، بما في ذلك المواد والأجهزة والدوائر والتخزين والأنظمة، وتلك التطورات تعتبر جوهرية في حل المشكلات المعاصرة.