الآلية الجديدة مستوحاة من الاهتزازات الطبيعية لأغصان الأشجار

تُعدّ الطاقة الشمسية أحد أهم مصادر الطاقة المتجددة التي تعتمد عليها دول منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا، بسبب ارتفاع أسعار الوقود وتغير المناخ. لكن الألواح الشمسية، التي تحوّل ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء، تواجه مشكلة تراكم الغبار الذي يؤثر بشكل كبير في أدائها.

وتسود الظروف الصحراوية وقلة الأمطار مناطق مثل الشرق الأوسط، حيث تتراكم كميات كبيرة من الغبار على الألواح الشمسية، ما يؤدي إلى تقليل كفاءتها بشكل كبير.

وتتنوّع تقنيات تنظيف الألواح الشمسية بين تقنيات مثل الروبوتات الذاتية، التي تقدّم حلولاً فاعلة، لكنها مكلفة وغير فعّالة في الظروف الرطبة، بالإضافة إلى تقنيات تعتمد على الأمطار، أو الطلاءات مثل «الهيدروفوبية» (المضادة للسوائل) و«الهيدروفيلية» (المتقبلة للسوائل)، التي تعتمد على المطر لإزالة الغبار، لكن في المناطق القاحلة، تكون هذه الطلاءات أقل فاعلية، وتتطلّب هذه الحلول تكاليف إضافية، وقد لا تناسب جميع الأنظمة.

بحث عربي – ألمانيوفي محاولة لإيجاد طريقة أكثر فاعلية، طوّر باحثون في مصر -بالتعاون مع باحثين في ألمانيا- طريقة تنظيف للألواح الكهروضوئية مستوحاة من الاهتزازات الطبيعية لأغصان الأشجار، ونُشرت النتائج، بعدد 5 أغسطس (آب) 2024 من دورية «ساينتفك ريبورتس».

ويعالج هذا النهج المُبتكر التحدي الشائع المتمثل في تراكم الغبار على الألواح الشمسية، خصوصاً في المناطق القاحلة مثل الشرق الأوسط وشمال أفريقيا، حيث يُضعف الغبار بشكل كبير كفاءة الألواح.

ووفق ما ذكره الباحثون في دراستهم، بشأن تأثير الغبار في كفاءة الألواح الكهروضوئية، فإنه في الكويت، بلغ انخفاض الكفاءة 45.8 في المائة خلال 3 أشهر إذا تُركت دون تنظيف. وفي قطر، انخفضت الكفاءة بنسبة 15 في المائة بعد شهر، و68 في المائة بعد 234 يوماً.

وفي بغداد، سجلت دراسة انخفاضاً يومياً بنسبة 6.24 في المائة، و18.74 في المائة شهرياً. وفي السعودية، انخفضت الكفاءة بنسبة 33.5 في المائة بعد شهر، و65.8 في المائة بعد 6 أشهر. وفي مصر، بلغ الانخفاض 50 في المائة في أقل من 3 أشهر.

وتظهر دراسة سلوك أوراق الأشجار في المناطق الصحراوية كيف تساعد حركة الرياح في تنظيف الأوراق من الغبار بشكل طبيعي. ويتحرك النخيل، على سبيل المثال، بفعل الرياح ما يساعد في إزالة الغبار وتبريد الأوراق، وهذا السلوك يمكن أن يكون مصدر إلهام لتطوير حلول مشابهة للألواح الشمسية، مثل تحسين تصميم الألواح لزيادة قدرتها على الحركة لتقليل تأثير الغبار.

آلية تنظيف طبيعيةومن خلال محاكاة آلية التنظيف الذاتي الطبيعية لأوراق الأشجار، طوّر الباحثون طريقة التثبيت للألواح الكهروضوئية التي يمكنها أن تقلّل بشكل كبير من الحاجة إلى التنظيف اليدوي؛ إذ صمّموا بنجاح نظام لوحة كهروضوئية يهتزّ استجابة إلى الرياح؛ ما يؤدي إلى إزاحة جزيئات الغبار من الألواح بصورة فاعلة للحفاظ على كفاءتها المُثلى.

وأظهرت الألواح ذات نظام التثبيت المرن الجديد انخفاضاً في الكفاءة بنسبة 5 في المائة فقط بعد 6 أسابيع من التشغيل. وعلى النقيض من ذلك، شهدت الألواح المثبتة بشكل صلب انخفاضاً في الكفاءة بنسبة 25 في المائة خلال الفترة نفسها. وتظهر النتائج أن النظام المرن يقلّل بشكل كبير من تأثير تراكم الغبار.

يقول الباحث الرئيسي للدراسة، الأستاذ بقسم الهندسة الميكانيكية بكلية الهندسة «جامعة بني سويف» في مصر، الدكتور محمد سلامة عبد الهادي: «تتشابه الألواح الكهروضوئية مع أوراق الأشجار في التقاط الضوء من الشمس، لكنها تتسخ بسرعة أكبر، خصوصاً في المناطق الصحراوية، والسبب هو أن أوراق الأشجار تهتز بفعل الرياح؛ ما يسمح للغبار بالسقوط، في حين الألواح الكهروضوئية ثابتة فتتراكم عليها الأوساخ».

وأضاف لـ«الشرق الأوسط»، أن «النهج الجديد يعزّز أداء الألواح الشمسية من خلال تقليل تراكم الغبار، عبر تمكين الألواح من الاهتزاز والتنظيف الذاتي، وهذه الطريقة يمكن أن تكون واعدة للحفاظ على أنظمة الطاقة الشمسية في البيئات الصعبة».

وأوضح أن نظام التركيب المرن للألواح يسمح بالتذبذب، محاكياً تأثير التنظيف الذاتي الملحوظ في أوراق الشجر، وتقدّم طريقة التخفيف السلبي للغبار هذه حلاً فعّالاً من حيث التكلفة؛ للحفاظ على كفاءة الألواح الشمسية دون الحاجة إلى التنظيف اليدوي المتكرر.

وأشار عبد الهادي إلى إمكانية إجراء مزيد من الدراسات حول كيفية استخدام نظام التثبيت المرن للألواح لتحسين كفاءة تبريد الألواح الشمسية؛ إذ يمكن للاهتزاز أن يساعد في توزيع الحرارة بشكل أكثر تساوياً، وتحسين التهوية حول الألواح، ما يُسهم في تعزيز الأداء العام للألواح الشمسية.