طور الباحثون مولدًا حراريًا جديدًا (TEG) يولّد الكهرباء باستمرار باستخدام حرارة الشمس وعنصر إشعاعي يطلق الحرارة في الهواء. يمكن أن يوفر TEG الجديد الذي يعمل بالطاقة الذاتية مصدرًا موثوقًا للطاقة للأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل أجهزة الاستشعار الخارجية لأنه يعمل في الليل والنهار والظروف الجوية الغائمة.
قال قائد فريق البحث جينغ ليو من جامعة جيمي في الصين: «مصادر الطاقة التقليدية مثل البطاريات سعتها محدودة وتتطلب استبدالًا أو إعادة شحن بانتظام. يمكن أن يوفر تصميم TEG الجديد حلًا مستدامًا ومستمرًا للطاقة للأجهزة الصغيرة، مع معالجة قيود مصادر الطاقة التقليدية مثل البطاريات».
أجهزة TEG:
هي أجهزة صلبة تستخدم الاختلافات في درجات الحرارة لتوليد الكهرباء دون أي أجزاء متحركة.
في مجلة أوبتكس أكسبريس، وصف ليو وفريق من الباحثين من مؤسسات متعددة جهاز TEG الجديد بأنه يولّد في نفس الوقت الحرارة والبرودة اللازمة لإحداث فرق كبير في درجة الحرارة كافٍ لتوليد الكهرباء حتى عند غروب الشمس. يتكون مصدر الطاقة الخاملة من مكونات يمكن تصنيعها بسهولة.
قال ليو: «يسمح التصميم الفريد لمولدنا الكهروحراري -الذي يعمل بالطاقة الذاتية- بتوليد الكهرباء باستمرار، بصرف النظر عن الطقس، مع مزيد من التطوير، فإن جهاز TEG سيؤثر في مجموعة واسعة من التطبيقات، من أجهزة الاستشعار عن بعد إلى الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء، وسيروّج لنهج أكثر استدامة وصديقًا للبيئة لتزويدنا بالطاقة التي نحتاجها في حياتنا اليومية».
تعزيز أداء أجهزة TEG
عندما تتعرض مادة كهروحرارية لتدرج في درجة الحرارة، ستتدفق الإلكترونات من الجزء الساخن إلى الجزء البارد، مولدًة تيارًا كهربائيًا. ومع أن آلية عمل TEG قائمة على هذه الظاهرة، فإن الاختلافات في درجات الحرارة غير مستقرة ولا تولد ما يكفي من الكهرباء.
طور الباحثون نوعًا جديدًا من أجهزة TEG لمعالجة هذه القيود، يستخدم مكونًا يسمى ممتص الطاقة الشمسية فائق النطاق (UBSA) لالتقاط ضوء الشمس، الذي يسخن جانبًا واحدًا من المولد.
في نفس الوقت، يوجد مكون آخر يسمى باعث التبريد الإشعاعي المستوي (RCE) يبرد الجانب الآخر بإطلاق الحرارة.
يُطبّق كل من UBSA و RCE على ركيزة مرنة، التي يمكن أن تكون مفيدة مثلًا لتشغيل الأجهزة القابلة للارتداء.
نظرًا إلى أن الطاقة الحرارية لـ UBSA أكبر بكثير من طاقة تبريد RCE تحت كثافة أشعة الشمس العادية، فقد وضع الباحثون RCE فوق UBSA بمساحة أكبر.
عندما يضرب ضوء الشمس الجهاز بأكمله، تمتص الأجزاء غير المظللة من UBSA طاقة الشمس لتسخن، ويبدأ RCE في الأعلى بالتبريد. يولّد الجمع بين التدفئة والتبريد فرقًا في درجة الحرارة يتحوّل إلى كهرباء.
في الليل أو في الأيام الملبدة بالغيوم وعدم وجود ضوء الشمس المباشر، ينخفض اختلاف درجات الحرارة كثيرًا، ومع ذلك، ما يزال هناك بعض الاختلاف في درجات الحرارة التي تُستخدم لتوليد الكهرباء، ولكن بكفاءة أقل مقارنة باليوم المشمس.
توليد الكهرباء في الليل:
لاختبار الجهاز، أجرى الباحثون تجارب في الهواء الطلق في ظل ظروف جوية مختلفة.
راقبوا الجهد الخارج ووجدوا أنه يمكن توليد الكهرباء باستمرار طوال النهار والليل وفي ظروف النهار الغائم.
حقق الجهاز أقصى جهد خارج 166.2 ميلي فولت خلال ظروف النهار الصحو، وهو ما يكفي لتشغيل مستشعر أو جهاز صغير.
خلال الليل الصحو تولد 14.7 ميلي فولت، و 95 ميلي فولت خلال ظروف النهار الملبدة بالغيوم.
قال هاويوان كاي ( Haoyuan Cai)، عضو في فريق البحث: «إن طريقتنا المبتكرة للجمع بين التسخين الشمسي والتبريد الإشعاعي تسمح لجهاز TEG بتوليد الكهرباء دون انقطاع، هذا يمكنه تحسين الوصول إلى الخدمات الحيوية، لا سيما في المناطق النائية أو المتخلفة حيث لا تتوفر مصادر الطاقة التقليدية».
يعمل الباحثون الآن على تحسين كفاءة الجهاز ومتانته وقابليته للتوسع ويخططون لاختبار استقراره وموثوقيته على المدى الطويل في ظل ظروف مختلفة.
يريدون أيضًا استكشاف إمكانية الإنتاج الضخم بتكلفة معقولة وإجراء تحسينات في أداء الجهاز وقدرته على التكيف مع التطبيقات المختلفة.
اقرأ أيضًا:
هل يجب الحفاظ على جهاز اللابتوب موصولًا بالكهرباء دائمًا؟
صنع جهاز قادر على توليد الكهرباء من الظل
ترجمة: روان علي
تدقيق: يمنى عيسى
