تعمل الوحدة الألمانية الجديدة على تحويل ضوء الشمس إلى وقود هيدروجيني بكفاءة تصل إلى 31.3%
كشف باحثون في ألمانيا للتو عن وحدة شمسية يمكنها تحويل ما يصل إلى 31.3% من ضوء الشمس إلى هيدروجين، مما يجعل إنتاج الوقود النظيف أقرب إلى الواقع التجاري. بالنسبة للمشروع، قام العلماء في معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية (ISE) في فرايبورج، بادن فورتمبيرغ، بربط الخلايا الكهروضوئية المركزة بشكل مباشر مع خلايا التحليل الكهربائي بغشاء تبادل البروتون (PEM). اكتشف فريق البحث أن التصميم المتكامل يلغي الحاجة إلى تحويل الطاقة المتوسطة. علاوة على ذلك، فقد أتاح تقسيم الماء بشكل مباشر باستخدام الكهرباء المولدة من الخلايا الشمسية. قال فرانك ديمروث، الفيزيائي المشهور بتطوير بعض الخلايا الشمسية الأكثر كفاءة في العالم، ورئيس قسم تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية والمركزات في Fraunhofer ISE: “يُظهر سجلنا الجديد أنه يمكن إنتاج الهيدروجين بكفاءة عالية مباشرة من ضوء الشمس”. وذكر الهيدروجين الشمسي المباشر خوان فرانسيسكو مارتينيز سانشيز، دكتوراه، مدير المشروع في المعهد، الذي يعد أحد أكبر المرافق في العالم لأبحاث الطاقة الشمسية، أن النظام يعتمد على الخلايا الكهروضوئية المركزة بدلاً من الألواح الشمسية التقليدية. وقال سانشيز: “بالنسبة للوحدات الكهروضوئية/التحليل الكهربائي التي قمنا بتطويرها، فإننا نستخدم ما يعرف بالخلايا الكهروضوئية المركزة”. يتم تركيز ضوء الشمس المباشر بواسطة مصفوفة عدسات فريسنل، وهي جزء بصري يتكون من عدة عدسات فريسنل الصغيرة في شبكة أحادية أو ثنائية الأبعاد. يتم بعد ذلك تركيز الضوء على الخلايا الشمسية متعددة الوصلات III-V عالية الكفاءة والتي تنتج جهد دائرة مفتوحة يزيد عن أربعة فولت. إثبات تخطيطي (يسار) وصورة فوتوغرافية (يمين) لمفهوم المحلل الكهربائي الذي يعمل بالطاقة الكهروضوئية. الائتمان: Fraunhofer ISE قام الباحثون بتوصيل هذه الخلايا الشمسية مباشرة إلى الكاثود والأنود في خليتين محلل كهربائي بغشاء تبادل البروتون (PEM) مرتبة في سلسلة. ثم قاموا بمطابقة الخصائص الكهربائية للتقنيتين بعناية. ونتيجة لذلك، قام النظام بنقل الكهرباء مباشرة إلى إنتاج الهيدروجين دون مراحل تحويل وسيطة أو فقدان الطاقة. “بالنسبة لإنتاج الهيدروجين، قمنا بتوصيل هذه الخلايا الشمسية مباشرة إلى الكاثود والأنود لخليتي التحليل الكهربائي PEM المتصلتين في سلسلة، وبالتالي تحقيق تطابق مثالي بين الخاصيتين الكهربائيتين”، أشار توم سمولينكا، دكتوراه، رئيس قسم التحليل الكهربائي الغشائي في المعهد. لا توجد خسائر في الطاقة وفقًا للفريق، يتميز العرض التوضيحي لإثبات المفهوم بمساحة عدسة تبلغ حوالي 9.92 بوصة مربعة (64 سم مربع) ولكنه أثبت بنجاح جدوى النهج المتكامل في ظل ظروف خارجية حقيقية. وفي الاختبارات الميدانية، قام المتظاهر الخارجي بتحويل ما يقرب من 31.3 بالمائة من الطاقة الشمسية الواردة إلى طاقة كيميائية مخزنة في الهيدروجين. تم حساب الكفاءة باستخدام قيمة التسخين الأعلى للوقود. وتستخدم هذه التقنية الخلايا الشمسية III-V، والتي تعتبر حاليًا أكثر الأجهزة الكهروضوئية كفاءة في العالم. وقد استخدمت هذه الخلايا منذ فترة طويلة في المركبات الفضائية بسبب أدائها العالي ومتانتها. ويعتقد الباحثون أن تركيز الأنظمة الكهروضوئية يمكن أن يجعلها قابلة للتطبيق اقتصاديًا للتطبيقات الأرضية. وقالوا إن النتائج أظهرت إمكانات أنظمة التحليل الكهربائي الكهروضوئي المتكاملة لإنتاج الهيدروجين الأخضر بكفاءة. ومع ذلك، على الرغم من أن النموذج الأولي وصل إلى كفاءة قياسية، إلا أن التكنولوجيا لا تزال في مرحلة مبكرة من التطوير. وقال ديمروث في بيان صحفي: “لا يزال التطوير في مراحله الأولى، ومن الصعب تحديد مدى السرعة التي سنتمكن بها من تحقيق أنظمة تنافسية”. وهم يبحثون الآن عن مستثمرين لتسويق هذه التكنولوجيا. وخلص ديمروث إلى القول: “من أجل مواصلة تطوير هذا المفهوم، فإننا نبحث عن مستثمرين لمشروعنا العرضي المخطط له، Clearsun Energy”.
تم النشر: 2026-06-29 17:36:00
