الرئيسية » العدد الخامس » الفراشة البيضاء خبير في مجال الطاقة الشمسية

الفراشة البيضاء خبير في مجال الطاقة الشمسية

الفراشات البيضاء

لم يكن أمر الله -سبحانه- لنا بالتأمل في مخلوقاته، لأجل التأمل والتسبيح فحسب، بل إن التأمل الحق يكون بالاسترشاد بهذا الخلق البديع لتحقيق غاية وجود الإنسان في هذه الأرض، لإعمارها. ولما كان التوجه لاستخدام مصادر الطاقة البديلة يسهم في إعمار هذه الأرض، ويحفظها من الانبعاثات السامة الصادرة عن المصادر التقليدية للطاقة، كان تطوير تقنيات استخدام هذه الطاقة يخدم الغاية ذاتها.

تعد الطاقة الشمسية واحدة من أشهر مصادر الطاقة البديلة المعروفة لدينا. وتتعدد طرق إنتاجها، ولعل أكثرها استخدامًا حتى يومنا هذا هو الاعتماد على طاقة ضوء الشمس لإنتاج الكهرباء، فيما يعرف بالخلايا الكهروضوئية. لكنها تمتاز بارتفاع تكلفتها مقارنة بكفاءتها في تحويل ذلك الضوء إلى كهرباء.

المجمّعات هي تقنية تم استخدامها مؤخرًا كإضافة في نظام الخلايا الكهروضوئية، لهدف خفض التكلفة. حيث تعمل على تجميع ضوء الشمس باستخدام المرايا والعدسات وتركيزه على الخلايا الكهروضوئية، لتقوم بدورها بتحويله إلى تيار كهربائي،و بذلك فهي تقلل من عدد اللوحات اللازمة لإنتاج نفس الكمية من الطاقة، ما يعني خفض التكلفة، لكن هذه المجمعات تزيد من كتلة النظام ونسبة الحجم إلى القدرة الناتجة؛ مما يحد من التطبيق الواسع لهذه الفكرة [1] و[2]. لذلك كان البحث عن مواد عاكسة أخف وزنًا وبهيكل مناسب لا يجعل النظام معقدًا.

تقدم الدراسة بين أيدينا ما توصل إليه فريق من الباحثين من معهد البيئة والاستدامة ومركز علم البيئة في جامعة إكزتر البريطانية. حيث تقدم هذه الدراسة والتي نشرت مؤخرًا في مجلة Scientific Reports، طريقة جديدة لخفض تكلفة الخلايا الشمسية عن طريق محاكاة الظواهر الطبيعية؛ تدرس فيها إمكانية الاستفادة من فئة معينة من الفراشات البيضاء في تصنيع الخلايا الشمسية التي تعمل بكفاءة أكبر.

حيث تتخذ هذه الفراشات وضعية حرف (V) قبل أن تقوم بالتحليق؛ إذ تقوم الأجنحة بعكس الأشعة الشمسية وتركيزها على جسم الفراشة، لتستخدم هذه الطاقة في تسخين عضلات الطيران. وقد توصل الباحثون إلى أن الزاوية المثلى لأجنحة الفراشة، والتي ترفع درجة الحرارة بمعدل 7.3 درجة مئوية عن تلك الموجودة في حالة الأجنحة مستوية، هي زاوية بمقدار 17 درجة.

دراسات سابقة على أنواع مختلفة من الفراشات أثبتت أن الجو الغائم يحد من قدرة الحشرات على الاستفادة من الطاقة الشمسية لتسخين عضلات الطيران لديها، بالتالي فهو يحد من سرعة طيران هذه الحشرات. مع ذلك فإن الفراشات البيضاء تطير بشكل أسرع من باقي أنواع الفراشات حتى في الجو الغائم [3].

وقد رجّح الباحثون أن هذه القدرة تعود إلى الوضعية التي تتخذها الفراشات لتسخين عضلاتها، والتي تلجأ إليها في أجواء مماثلة بهدف زيادة تركيز الطاقة الشمسية التي تساعد العضلات على التحليق. وإضافةً إلى شكل حرف V، فإن تركيبة أجنحة الفراشات تحتوي على بلورات دقيقة جدًا تزيد من قدرة الأجنحة على عكس أشعة الشمس؛ حيث أثبت العلماء أن إزالة هذه البلورات تعمل على خفض قدرة الأجنحة على عكس أشعة الشمس بنسبة الثلث. وليس عدد البلورات هو المتحكم في رفع القدرة وحده، بل إن النمط الذي تنتظم فيه هذه البلورات له دور في ذلك [4].

بعد أن توصل فريق الباحثين إلى النتائج السابقة، كان السؤال، هل من الممكن استخدام أجنحة هذه الفراشات، أو طبقات معينة منها مباشرة في تصنيع الخلايا الشمسية؟ أم أنه من الممكن تصنيع مواد تحاكي خصائص، ونمط المواد المكونة لأجنحة الفراشة؟

لتحديد الإجابة، قام الفريق بربط جناحي فراشة بقطعة (1سم ᙭ 1سم) من خلية مصنعة من السيليكون. فكانت النتيجة أن رفع ذلك قدرة الخلية بنسبة 42.3% (من 16.8 ملي وات إلى 23.9 ملي وات)، وبمقارنة النتيجة بتقنيات تجميع الأشعة التقليدية، تكون الأجنحة زادت من نسبة القدرة الناتجة إلى الحجم بمقدار 17 ضعف. وأعيدت التجربة باستخدام طبقة واحدة رقيقة من الأجنحة وأظهرت النتائج كفاءة عالية كذلك، ويعني ذلك سهولة أكبر في عملية تصنيع مادة عاكسة مشابهة لتلك الطبقة.

فهل سنشهد تطبيقًا لهذه التقنية في إنتاج الطاقة الشمسية؟ هذا هو التحدي القادم الذي سيثبته العلماء بالبحث المتواصل لإمكانية تصنيع مواد تحاكي تلك الطبقات الرقيقة والتنظيم الدقيق المحكم للبلورات في أجنحة تلك الفراشات. فتصبح هذه الفراشات خبيرًا عالميًا في مجال الطاقة الشمسية.

إعداد: إسراء ناصر الدين أبو شعبان

المصادر:-

[1] Maiti, S., Sarmah, N., Bapat, P. and Mallick, T.K., 2012. Optical analysis of a photovoltaic V-trough system installed in western India. Applied optics,51(36), pp.8606-8614.

[2] Tang, R. and Liu, X., 2011. Optical performance and design optimization of V-trough concentrators for photovoltaic applications. Solar Energy, 85(9), pp.2154-2166.

[3] Stavenga, D.G., Leertouwer, H.L. and Wilts, B.D., 2014. Coloration principles of nymphaline butterflies–thin films, melanin, ommochromes and wing scale stacking. The Journal of experimental biology, 217(12), pp.2171-2180.

[4] Vukusic, P., 2011. Structural colour: elusive iridescence strategies brought to light. Current Biology, 21(5), pp.R187-R189.

[5] Shanks, K., Senthilarasu, S. and Mallick, T.K., 2015. White butterflies as solar photovoltaic concentrators. Scientific reports, 5.

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

ăn dặm kiểu NhậtResponsive WordPress Themenhà cấp 4 nông thônthời trang trẻ emgiày cao gótshop giày nữdownload wordpress pluginsmẫu biệt thự đẹpepichouseáo sơ mi nữhouse beautiful