تبريد الألواح الشمسية باستخدام الجرافين:آفاق وتحديات (الجزء الثاني)
أظهر بحث جديد أجري في ماليزيا حدود وإمكانيات جميع تقنيات تبريد الألواح الشمسية المعتمدة على استخدام الجرافين. وذكر العلماء أن التكلفة العالية ومعالجة الجرافين هما التحديان الرئيسيان اللذان يتعين التغلب عليهما.
Image Source:Synergy Files
قام علماء بجامعة موناش ماليزيا بدراسة كيفية استخدام الجرافين ومشتقاته كمواد لخفض درجة حرارة تشغيل الألواح الشمسية. وذلك في مراجعة معمقة نُشرت في مجلة “Renewable and Sustainable Energy Reviews”، حيث أوضح الباحثون أن الجرافين قد جذب اهتمام المجتمع العلمي كوسط لتحسين نقل الحرارة في أنظمة التبريد منذ عام 2004.
يمكن استخدام الجرافين بطرق مختلفة، عند استخدامه في تطبيقات تبريد الألواح الشمسية الكهروضوئية. على سبيل المثال، يمكن استخدامها كطلاء امتصاص انتقائي أو إدراجها في سائل عامل كسائل نانوي. كما يمكن إضافة جسيمات نانوية من الجرافين إلى مواد الواجهة الحرارية (TIMs) أو مواد تغيير الطور (PCMs).
وقد قسّم الفريق جميع تقنيات الجرافين المطبقة على الطاقة الكهروضوئية إلى فئتين – تبريد سلبي وتبريد نشط.
تم تقسيم الفئة الأولى إلى تقنيات ما قبل التشعيع وما بعد التشعيع. تشمل التكنولوجيا الأخيرة جميع الطرق التي تستخدم مستقبلًا للحرارة لتبديد الحرارة الناتجة في الخلايا الشمسية، بينما تشمل الأولى جميع المقاربات التي تعمل على تحليل طيف الشمس قبل أن يصل إلى الخلايا الشمسية الكهروضوئية.
تمثل فئة ما قبل التشعيع جميع أنواع فلاتر الكثافة المحايدة المطلية بالجرافين المستخدمة كطلاء امتصاص انتقائي.
وقد أكد الباحثون أن تطبيق فلتر الكثافة المحايدة المطلية بالجرافين كتقنية تبريد سلبي ما قبل التشعيع مفيد للغاية، خاصة في تبريد أنظمة الطاقة الكهروضوئية المركزة. تعمل تقنية التبريد ما قبل التشعيع هذه على تخفيف الإشعاع الشمسي قبل وصوله إلى اللوح الشمسي الكهروضوئي، مما يقلل كمية الحرارة الناتجة في اللوحة الكهروضوئية.
و أوصوا باستخدام فلاتر الكثافة المحايدة المطلية بالجرافين فقط للتطبيقات المنزلية الصغيرة، بسبب تكاليفها العالية. وأشاروا في البحث أنه بدلاً من طلاء الجرافين على كامل الركيزة، فإن التركيز على طلاء الجرافين على منطقة البؤرة المحددة (في الخلاياء الشمسية الكهروضوئية المركزة) يمكن أن يساهم في خفض تكاليف الطلاء.
أما بالنسبة لفئة ما بعد التشعيع، تشمل القائمة استخدام الجرافين كحشو ناقل للحرارة في المواد الحرارية والـ PCMs.
الجدير بالذكر بأنه بينما يقدم كل من TIM و PCM مزايا وعيوبه الخاصة، فلا توجد إجابة واحدة من قبل المختصين على مستوى العالم عما إذا كان TIM أو PCM أفضل في التبريد السلبي للألواح الكهروضوئية.
تشمل فئة التبريد النشط جميع التقنيات القائمة على سوائل نانوية من الجرافين يتم تكوينها كسوائل عاملة. تتطلب هذه التقنيات، مثل جميع طرق التبريد النشطة، بناء مضخات وخطوط لنقل السائل النانوني حول الوحدات، وهو ما يرفع بشكل كبير تكاليف الإنتاج، وفقًا لما ذكره العلماء.
وبحسب الباحثين فإن التحدي المتمثل في استخدام السائل النانوني من الجرافين هو عملية التصنيع المعقدة والمكلفة، والتي تمنع تبني السائل النانوني من الجرافين في الممارسة الصناعية الشائعة.
وشدد الفريق البحثي بأن المزيد من البحث سيكون مطلوبًا لخفض التكاليف وتحسين كفاءة التبريد. وقال الباحثون أيضًا إن تخليق السائل النانوني من الجرافين وتوحيد السائل النانوني من الجرافين وـ PCMs المعززة بالجرافين هما التحديان التقنيان الرئيسيان اللذان يتعين التغلب عليهما.
رابط الدراسة للاطلاع
