معهد فراونهوفر الألماني يطور وحدة لإنتاج الهيدروجين بالطاقة الشمسية بكفاءة 31.3%

أخبار ar.wedoany.com، طوّر باحثون في معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, ISE) في ألمانيا وحدة شمسية قادرة على تحويل ما يصل إلى 31.3% من ضوء الشمس الساقط مباشرة إلى هيدروجين، مما يوفر مساراً تقنياً جديداً للإنتاج التجاري للوقود النظيف.

في هذا المشروع، قام العلماء بربط الخلايا الكهروضوئية المركزة مباشرةً مع خلية تحليل كهربائي من نوع غشاء تبادل البروتونات (PEM)، مما ألغى الحاجة إلى مرحلة تحويل الطاقة الكهربائية الوسيطة، وبالتالي تمكين الاستخدام المباشر للكهرباء المولدة من الخلايا الشمسية لتحليل الماء. وأوضح الدكتور فرانك ديمروث (Frank Dimroth)، رئيس قسم تقنيات الخلايا الكهروضوئية من النوع III-V والتركيز الضوئي في المعهد، أن هذا الرقم القياسي يُظهر إمكانية إنتاج الهيدروجين بكفاءة عالية جداً مباشرة من ضوء الشمس.

وأشار الدكتور خوان فرانسيسكو مارتينيز سانشيز (Juan Francisco Martínez Sánchez)، المسؤول عن المشروع، إلى أن النظام يعتمد على تقنية الخلايا الكهروضوئية المركزة (concentrating photovoltaics, PVs). حيث يتم تركيز ضوء الشمس المباشر عبر مجموعة من عدسات فريسنل لتسليطه على خلايا شمسية عالية الكفاءة من النوع III-V متعددة الوصلات، والتي تولد جهداً كهربائياً مفتوحاً يتجاوز 4 فولت.

قام الباحثون بتوصيل هذه الخلايا الشمسية مباشرةً بأقطاب الكاثود والأنود لخلّيتي تحليل كهربائي من نوع PEM موصولتين على التوالي، مع تحقيق مطابقة دقيقة للخصائص الكهربائية بين التقنيتين. وأوضح الدكتور توم سمولينكا (Tom Smolinka)، رئيس قسم التحليل الكهربائي الغشائي في المعهد، أن هذا التصميم حقق تطابقاً مثالياً في الخصائص الكهربائية، حيث تنتقل الطاقة الكهربائية مباشرةً إلى إنتاج الهيدروجين دون مراحل تحويل وسيطة أو فقدان للطاقة.

تبلغ مساحة عدسات النموذج الأولي للإثبات المفاهيمي حوالي 64 سنتيمتراً مربعاً (9.92 بوصة مربعة). وفي الاختبارات الميدانية الخارجية، قام النموذج بتحويل حوالي 31.3% من الطاقة الشمسية الساقطة إلى طاقة كيميائية مخزنة في الهيدروجين، وذلك بناءً على القيمة الحرارية العليا للوقود. تُعتبر الخلايا الشمسية من النوع III-V المستخدمة في هذه التقنية من أكثر الأجهزة الكهروضوئية كفاءة في العالم حالياً، وهي مستخدمة منذ فترة طويلة في مجال المركبات الفضائية.

يرى الباحثون أن أنظمة الخلايا الكهروضوئية المركزة قد تجعلها مجدية اقتصادياً في التطبيقات الأرضية، وتظهر هذه النتائج إمكانات الأنظمة المتكاملة للخلايا الكهروضوئية والتحليل الكهربائي في إنتاج الهيدروجين الأخضر عالي الكفاءة. ومع ذلك، أشار الدكتور ديمروث إلى أن هذه التقنية لا تزال في مراحل تطوير مبكرة، ومن الصعب حالياً التكهن بموعد تحقيق نظام قادر على المنافسة. ويعمل الفريق حالياً على البحث عن مستثمرين لشركة كلييرصن إنيرجي (Clearsun Energy) الناشئة المخطط تأسيسها، بهدف دفع تسويق هذه التقنية.

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com