الخلايا الكهروضوئية المركزة هي طريقة لتركيز ضوء الشمس على خلايا شمسية عالية الفعالية باستخدام المرايا أو العدسات. وتركيز الضوء على الخلايا الكهروضوئية هو إحدى الطرق لتعزيز إنتاج أنظمة الطاقة الشمسية.
ما هو النظام الكهروضوئي؟
ما المقصود بالظاهرة الكهروضوئية؟
يستغل نظام الخلايا الكهروضوئية الحرارية الإشعاعات الحرارية من مصادر حرارية مختلفة ، مثل احتراق الوقود، أو الحرارة الصناعية المهدرة، أو الطاقة الشمسية المركزة، أو الطاقة النووية، ويحولها إلى كهرباء.
يعد نظام الخلايا الكهروضوئية الحرارية خيارًا جيدًا لتلبية متطلبات صافي الانبعاثات الصفرية. تعد الخلية الكهروضوئية الحرارية أهم جزء في نظام الخلايا الكهروضوئية الحرارية. فهي تحول إشعاع الفوتون إلى كهرباء.
علاوة على ذلك، فإن المرونة المذهلة في تحويل مصادر الطاقة الحرارية المختلفة، بما في ذلك الطاقة الشمسية والنووية والاحتراق الكيميائي والحرارة المهدرة، إلى كثافة عالية من الطاقة الكهربائية
تعمل على توسيع نطاق تطبيقات مولدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل كبير، بدءًا من النطاق المجهري إلى النطاق الواسع.
يتمتع نظام TPV بفترة تشغيل أطول ويعمل عند درجة حرارة تسخين المبرد المنخفضة مقارنة بنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
مبدأ عمل النظام الكهروضوئي الحراري
تستغل الخلايا الكهروضوئية الطاقة الإشعاعية من المولد وتحولها إلى طاقة كهربائية من خلال نظام TPV.
يستغل مولد الطاقة الطاقة من مصادر تدفئة مختلفة وينقلها إلى المبرد، مما يؤدي إلى فقدان بعض الحرارة.
تتضمن الخطوة التالية قيام المبرد بتوليد الطاقة الإشعاعية التي يتم توجيهها بعد ذلك نحو الخلايا الكهروضوئية من خلال المرشح. يخدم هذا المرشح الغرض من تضييق نطاق الانبعاث الناتج عن المبرد.
يجب أن تتجاوز الطاقة المشعة التي ينبعثها المبرد الفجوة النطاقية للخلايا الكهروضوئية من حيث القدرة. ومع ذلك، فإن أي فوتونات ذات طاقة أقل من الفجوة النطاقية للخلايا الكهروضوئية ستسبب خسائر.
والغرض من استعادة هذه الفوتونات هو الحفاظ على الحرارة وتقليل مصدر التسخين عند درجة حرارة المبرد المطلوبة.
يتم استخدام تحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية لقياس طاقة خرج الخلايا الكهروضوئية.
قد يبدو الغبار الفضائي، المعروف أيضًا بالغبار الكوني، بمثابة بريق الكون، ولكنه في الواقع لبنة أساسية في كل ما نراه في الكون. هذه المادة الدقيقة، والتي غالبًا ما تكون مجهرية، تنتشر في الفضاء، مصدرها مصادر متنوعة، وتلعب دورًا هامًا في تكوين النجوم والكواكب، وحتى الحياة نفسها. دعونا نتعمق في ماهية الغبار الفضائي، ومن أين يأتي، ولماذا هو مثير للاهتمام
كيف تتشكل الكواكب من الغبار الكوني؟
ما هو الغبار الفضائي؟
يتكون الغبار الفضائي من جسيمات دقيقة من مادة صلبة موجودة بين النجوم والكواكب وأجرام أخرى في الكون.
يتفاوت حجم هذا الغبار، لكن معظم الجسيمات أصغر من عرض شعرة الإنسان، وبعضها لا يتجاوز عرض بضع ذرات.
ورغم بساطة الأمر، إلا أن هذه الجسيمات الدقيقة قادرة على الاتحاد لتكوين جزيئات معقدة، بما في ذلك اللبنات الأساسية للحياة.
من أين يأتي الغبار الفضائي؟
للغبار الفضائي أصولٌ متعددة، ويمكن أن يأتي من مصادر متنوعة، داخل نظامنا الشمسي وخارجه. فيما يلي بعض المصادر الرئيسية:
النجوم المحتضرة
أحد المصادر الرئيسية للغبار الفضائي هو النجوم التي تصل إلى نهاية دورة حياتها
عندما تمر النجوم بمراحل مثل مرحلة العملاق الأحمر أو تنفجر في مستعر أعظم، فإنها تطلق كميات هائلة من الغبار في الفضاء.
يحتوي هذا الغبار على عناصر تشكلت خلال عمر النجم، مما يساهم في تكوين سحب الغبار الكوني التي تنجرف عبر الفضاء.
الكويكبات والمذنبات
داخل نظامنا الشمسي، يأتي الغبار الفضائي أيضًا من الكويكبات والمذنبات.
عندما تصطدم هذه الأجسام أو تتفكك أو تمر بالقرب من الشمس، فإنها تطرح جزيئات صغيرة تسبح في الفضاء.
على سبيل المثال، تفقد المذنبات جزيئات عندما تتبخر أسطحها الجليدية بالقرب من الشمس، مما يُحدث مسارات غبارية تمر بها الأرض أحيانًا، مما يؤدي إلى زخات نيزكية مثل شهب البرشاويات.
العمليات الكوكبية
حتى الكواكب قد تُسهم في تكوين الغبار الفضائي.
تنشأ بعض جزيئات الغبار من النشاط البركاني على الكواكب والأقمار، وكذلك من الاصطدامات بأجسام أخرى.
على سبيل المثال، يحتوي قمر زحل، إنسيلادوس، على ينابيع حارة تُطلق جزيئات الجليد والغبار في الفضاء، مما يُسهم في تكوين المواد الموجودة في حلقات زحل.
لماذا يعتبر الغبار الفضائي مهمًا؟
الغبار الفضائي ليس مجرد حطام كوني، بل يلعب دورًا أساسيًا في الكون وفي فهمنا له
تشكل النجوم والكواكب
يُعدّ الغبار الفضائي أساسيًا في ولادة النجوم والكواكب الجديدة غالبًا ما تتكتل جزيئات الغبار في الفضاء في سُحب كثيفة تُسمى السُدم، والتي قد تنهار بفعل الجاذبية لتُشكّل نجومًا جديدة.
ثم يتجمع الغبار المتبقي في هذه السُحب مُشكّلًا الكواكب والأقمار وغيرها من الأجرام.
باختصار، جميع الكواكب، بما فيها الأرض، بدأت كغبار فضائي!
لبنات بناء الحياة
غالبًا ما يكون غبار الفضاء غنيًا بجزيئات الكربون، وهي مكونات أساسية للكيمياء العضوية، وبالتالي للحياة.
يعتقد بعض العلماء أن جزيئات الغبار الكوني نقلت هذه الجزيئات العضوية إلى الأرض في مراحلها المبكرة، مما قد يُسهم في بدء تطور الحياة.
نظرة ثاقبة على تاريخ الكون
من خلال دراسة الغبار الفضائي، يمكن لعلماء الفلك التعرّف على تركيب النجوم والمجرات وتاريخها.
ولأن الغبار يحتفظ بمعلومات عن أصوله، فإن تحليله يساعد العلماء على فهم دورات حياة النجوم، وتكوين المجرات، وحتى ظروف الكون المبكر.
كيف ندرس الغبار الفضائي؟
إن دراسة الغبار الفضائي تشكل تحديًا كبيرًا نظرًا لحجمه والمسافات الشاسعة التي يمر بها، لكن العلماء يستخدمون عدة طرق لمعرفة المزيد عنه:
التلسكوبات :
تستطيع التلسكوبات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء والراديوية مراقبة الغبار الكوني من خلال اكتشاف الحرارة والإشعاع الذي ينبعث منه أو يحجبه.
مسبارات الفضاء :
قامت بعض البعثات، مثل مهمة ستاردست التابعة لوكالة ناسا، بالتقاط جزيئات الغبار الفضائي مباشرة من المذنبات وإعادتها إلى الأرض للدراسة.
زخات النيازك :
عندما تمر الأرض عبر مسار غبار من المذنب، تحترق بعض هذه الجسيمات في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى إنشاء النيازك، والتي يمكن أن توفر رؤى غير مباشرة حول تكوين الغبار.
في الختام : قد يكون الغبار الفضائي ضئيلاً، لكنه ليس تافهاً هذه الجسيمات المجهرية هي أساس النجوم والكواكب، بل وحتى الحياة كما نعرفها تروي قصة النجوم التي عاشت وماتت، وتُلمّح إلى أصول الحياة، بل وتساعدنا على فهم كيفية نشأة كواكب مثل الأرض. في المرة القادمة التي ترى فيها شهاباً أو تُعجب بسماء الليل، تذكر أن الكون نفسه مبني على أساس من الغبار الفضائي، يربط الكون ببعضه، جسيماً تلو الآخر.