أصبحت الألواح الشمسية وسيلة شعبية لتسخير الطاقة النظيفة والمتجددة من الشمس. لكن, مع التقدم التكنولوجي والحاجة إلى مصادر الطاقة البديلة, لقد نشأت أسئلة حول ما إذا كانت الألواح الشمسية يمكنها العمل بالضوء الاصطناعي. في هذه المقالة, سوف نستكشف إمكانات الألواح الشمسية للعمل مع الضوء الاصطناعي وما يخبئه المستقبل لهذا المجال المثير.
ما هي الألواح الشمسية?
قبل أن نخوض في موضوع الضوء الاصطناعي, دعونا أولا نحدد ما هي الألواح الشمسية. لوحة شمسية, المعروف أيضا باسم الضوئية (الكهروضوئية) لوحة, هو جهاز يحول ضوء الشمس إلى كهرباء. تتكون الألواح الشمسية من خلايا شمسية فردية متصلة ببعضها البعض لإنشاء وحدة أكبر. هذه الخلايا مصنوعة من مواد مثل السيليكون, وهي قادرة على امتصاص الفوتونات من أشعة الشمس وتحويلها إلى إلكترونات.
كيف تعمل الألواح الشمسية مع الضوء الاصطناعي?
مصادر الضوء الاصطناعي, مثل مصابيح LED ومصابيح الفلورسنت, تبعث فوتونات يمكن أن تمتصها الخلايا الشمسية, تماما مثل ضوء الشمس الطبيعي. لكن, كمية الكهرباء المولدة من الضوء الاصطناعي أقل بكثير من تلك المنتجة من أشعة الشمس المباشرة. وذلك لأن مصادر الضوء الاصطناعي عادة ما تبعث طاقة أقل بكثير من الشمس, والفوتونات التي تنتجها ليست نشطة.
علاوة على ذلك, غالبًا ما تختلف الأطوال الموجية للضوء المنبعثة من مصادر الضوء الاصطناعي عن تلك الخاصة بضوء الشمس الطبيعي. وهذا يمكن أن يؤثر على كفاءة الخلايا الشمسية, حيث أن المواد المختلفة مطلوبة لامتصاص أطوال موجية مختلفة من الضوء. على سبيل المثال, تعتبر الخلايا الشمسية السيليكونية أكثر كفاءة في امتصاص الضوء في الطيف المرئي, في حين أن المواد الأخرى مثل زرنيخيد الغاليوم أكثر ملاءمة لامتصاص الضوء في طيف الأشعة تحت الحمراء.
أنواع مصادر الضوء الاصطناعي
هناك عدة أنواع من مصادر الضوء الاصطناعي التي يمكن للألواح الشمسية العمل معها, مشتمل:
- أضواء LED: الثنائيات الباعثة للضوء (المصابيح) هي مصادر إضاءة موفرة للطاقة ويشيع استخدامها في المنازل والشركات. تبعث مصابيح LED الضوء في اتجاه محدد, مما يجعلها مثالية للاستخدام مع الألواح الشمسية.
- أضواء الفلورسنت: مصابيح الفلورسنت هي نوع شائع آخر من مصادر الضوء الاصطناعي التي يمكن أن تعمل مع الألواح الشمسية. لكن, ينبعث منها الضوء في كل الاتجاهات, مما قد يزيد من صعوبة التقاط الفوتونات بالخلايا الشمسية.
- الأضواء المتوهجة: تعتبر المصابيح المتوهجة أقل كفاءة في استخدام الطاقة من مصابيح LED ومصابيح الفلورسنت وتنبعث منها الضوء في جميع الاتجاهات. لكن, أنها تنتج كمية كبيرة من الحرارة, والتي يمكن أن تكون مفيدة في بعض التطبيقات, مثل تسخين الماء.
- أضواء الهالوجين: تشبه مصابيح الهالوجين المصابيح المتوهجة ولكنها تستهلك طاقة أقل وتدوم لفترة أطول. ينبعث منها الضوء في كل الاتجاهات, مما يجعلها أقل ملاءمة للاستخدام مع الألواح الشمسية.
تطبيقات الألواح الشمسية مع الضوء الاصطناعي
في حين أن كمية الكهرباء المولدة من الضوء الاصطناعي أقل بكثير من تلك المنتجة من أشعة الشمس المباشرة, لا يزال هناك العديد من التطبيقات المحتملة للألواح الشمسية ذات الضوء الاصطناعي. على سبيل المثال, من المحتمل أن يتم تشغيل أنظمة الإضاءة الداخلية بواسطة الألواح الشمسية واستخدامها لتكملة احتياجات الطاقة للمبنى. قد يكون هذا مفيدًا بشكل خاص في المناطق التي تكون فيها الكهرباء باهظة الثمن أو يصعب الوصول إليها.
ويمكن أيضًا استخدام الألواح الشمسية ذات الضوء الاصطناعي في استكشاف الفضاء. في الفضاء, لا يوجد مصدر للضوء الطبيعي, وتستخدم الألواح الشمسية حاليًا لتشغيل الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية الأخرى. لكن, باستخدام مصادر الضوء الاصطناعي, مثل أضواء LED, قد يكون من الممكن توليد الكهرباء على الكواكب أو الأقمار التي يكون فيها ضوء الشمس المباشر محدودًا أو غير متوفر.
التطورات المستقبلية
مع استمرار التكنولوجيا في التقدم, ومن المرجح أن تصبح الألواح الشمسية أكثر كفاءة في توليد الكهرباء من مصادر الضوء الاصطناعي. يبحث العلماء حاليًا عن مواد وتقنيات جديدة يمكنها تحسين كفاءة الخلايا الشمسية, بما في ذلك تلك المستخدمة للضوء الاصطناعي.
أحد مجالات البحث الواعدة هو استخدام البيروف
المواد Skit في الخلايا الشمسية. البيروفسكايت هو معدن ذو بنية بلورية فريدة من نوعها يمكنها امتصاص نطاق أوسع من الأطوال الموجية مقارنة بالسيليكون, مما يجعلها أكثر كفاءة في توليد الكهرباء من مصادر الضوء الطبيعية والاصطناعية. بينما لا تزال خلايا البيروفسكايت الشمسية في المراحل الأولى من التطوير, لقد أظهروا نتائج واعدة جدًا في المختبر ويمكن أن يحدثوا ثورة في مجال الطاقة الشمسية.
التطور المحتمل الآخر في مجال الألواح الشمسية ذات الضوء الاصطناعي هو استخدام الخلايا الكهروضوئية المركزة (تكلفة المشاهدة). تستخدم أنظمة CPV المرايا أو العدسات لتركيز ضوء الشمس على مساحة صغيرة من الخلايا الشمسية, زيادة كفاءتهم. بينما تم استخدام أنظمة CPV بشكل أساسي مع ضوء الشمس المباشر, هناك بحث مستمر حول تكييفها للاستخدام مع مصادر الضوء الاصطناعي, مثل أضواء LED.
خاتمة
ختاماً, بينما يمكن للألواح الشمسية توليد الكهرباء من مصادر الضوء الاصطناعي, كمية الطاقة المنتجة أقل بكثير من تلك المنتجة من أشعة الشمس المباشرة. لكن, لا يزال هناك العديد من التطبيقات المحتملة للألواح الشمسية ذات الضوء الاصطناعي, بما في ذلك أنظمة الإضاءة الداخلية واستكشاف الفضاء. مع استمرار التكنولوجيا في التقدم, ومن المرجح أن تصبح الألواح الشمسية أكثر كفاءة في توليد الكهرباء من الضوء الاصطناعي, فتح إمكانيات جديدة للطاقة المتجددة. مع البحث المستمر في المواد والتقنيات الجديدة, مستقبل الطاقة الشمسية يبدو مشرقا.
