فريق من جامعة يونان الصينية يتحقق من فعالية خلايا شمسية تحت الماء على عمق 10 أمتار في بحر الصين الجنوبي

أخبار ar.wedoany.com، عرض باحثون من جامعة يونان (Yunnan University) والكلية العليا المتحدة للدراسات العليا في الجنوب الغربي (Southwest United Graduate School) خلية شمسية تحت مائية وظيفية قادرة على العمل على عمق 10 أمتار (33 قدماً) في بحر الصين الجنوبي، وأكملوا التحقق الوظيفي منها أثناء التشغيل الفعلي على عمق يناهز 10 أمتار. ويُتوقع أن يبلغ عمر التشغيل المتواصل لهذه التقنية نحو 5.5 سنوات، مما قد يوفر مصدر طاقة موثوقاً وطويل الأمد للأنظمة البحرية النائية؛ وتشير الدراسة إلى أن الطاقة الكهروضوئية تحت المائية قد توفر في المستقبل مصدر طاقة عملياً لأجهزة الاستشعار والكاميرات وأنظمة الاتصالات تحت الماء.

وقد تجاوز هذا الإنجاز الحدود السابقة. إذ توقفت محاولات جمع الطاقة الشمسية تحت الماء في السابق عند المناطق الضحلة التي يقل عمقها عن مترين، حيث لا يزال ضوء الشمس وفيراً لكن التطبيقات الفعلية نادرة. وقال المؤلف المشارك في الدراسة تشانغ ون-هوا (Wen-Hua Zhang) إن التقارير البحثية حول الخلايا الشمسية تحت المائية قليلة جداً، وتركز جميعها على مياه ضحلة للغاية لا يتجاوز عمقها مترين أو أقل، وهو وضع لا يلبي متطلبات التطبيق الفعلي؛ ويُعد هذا العمل أول تحقق وظيفي من تشغيل الخلايا الشمسية تحت المائية على عمق يناهز 10 أمتار، مما وسّع نطاق تطبيقاتها.

صُممت الخلايا الشمسية السيليكونية التجارية القياسية لالتقاط ضوء الشمس الواسع النطاق على اليابسة، ولا سيما الضوء الأحمر/تحت الأحمر، لكنها تفقد معظم كفاءتها تحت الماء. وتتضاءل شدة ضوء الشمس تحت الماء بسرعة، مما يجعل من الصعب على الخلايا الشمسية تحت المائية جمع الطاقة، ويضع عقبات أمام تطبيقات المراقبة البحرية مثل الاستزراع المائي. ولذلك صمم فريق تشانغ ون-هوا خلايا شمسية ذات فجوة نطاق واسعة، محسّنة لالتقاط أطوال موجات الضوء الأزرق إلى البرتقالي الأكثر قدرة على النفاذ عبر مياه البحر. ومن خلال التقاط الضوء المحيط تحت الأمواج، توفر الخلايا الشمسية تحت المائية حلاً لقيود الإمداد بالطاقة التي طالما واجهتها التقنيات البحرية.

وعلى عمق 10 أمتار، ولّدت هذه الخلايا 324 ملّي واط/ساعة (mWh) في ساعتين فقط، وهو ما يكفي لشحن بطارية ليثيوم أيون قياسية. ويمكن لهذه الخلايا أن توفر مصدر طاقة ذاتي الاستدامة لأجهزة الاستشعار البيئية وكاميرات المراقبة ومعدات الاتصالات البعيدة عن خط الساحل، مما يغني عن التوصيلات الكابلية المكلفة والاستبدال المتكرر للبطاريات.

وعند اختبارها في ظروف محاكاة، أظهرت هذه الخلايا المتخصصة متانة عالية: إذ حافظت على نحو 96% من كفاءتها بعد 300 يوم من التخزين. وعملت الخلايا النموذجية لمدة 1,160 ساعة في محاكاة عمق 10 أمتار قرب جزيرة وِيْجوْ (Weizhou Island) في بحر الصين الجنوبي دون أي تدهور يُذكر. وأشار تشانغ ون-هوا إلى أن ما أثار دهشة الفريق أكثر من أي شيء آخر هو أن الوحدة الكبيرة أنتجت هذا القدر من الطاقة في ساعتين فقط تحت ظروف حقيقية وعلى عمق 10 أمتار. وأضاف أن الفريق نجح في توسيع النطاق من خلايا مخبرية صغيرة المساحة إلى وحدات كبيرة؛ وأن الجمع بين البحوث المخبرية والتجارب الميدانية يوفر أدلة قوية على تشغيل الطاقة الكهروضوئية تحت المائية.

ولا تزال التطبيقات اللاحقة تواجه تحديات: إذ يجب أن تجمع الخلايا بين المتانة العالية والشفافية النقية للضوء للحفاظ على فعاليتها على المدى الطويل؛ كما يتعين على نشر الطاقة الشمسية تحت المائية التغلب على ظروف قاسية مثل الأملاح المسببة للتآكل والضغط العالي وتسرب المياه. ويهدف الفريق في المرحلة التالية إلى التقدم نحو مياه أعمق وأكثر عتمة، واختبار المدى الذي يمكن أن تصل إليه تقنية الطاقة الشمسية من حيث العمق، مع إرساء الأساس لبروتوكولات اختبار موحدة للطاقة الكهروضوئية تحت المائية.

نُشرت هذه الدراسة في مجلة «جول» (Joule).