“كاوست” تختبر طلاءً مبتكر للألواح الشمسية يحافظ على نظافتها ويستخلص الماء من الهواء 

يعد تراكم الغبار من أهم التحديات التي تواجه أنظمة الطاقة الشمسية، خاصة في المناطق الحارة والجافة وقليلة الأمطار، حيث تحتاج الألواح الشمسية إلى التنظيف الدوري، واستهلاك كميات كبيرة من المياه وزيادة تكاليف التشغيل. واستجابة لهذا التحدي، قام الباحثون في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (KAUST) بتطوير طلاء مبتكر يمكن أن يساعد الألواح الشمسية على التنظيف الذاتي مع إزالة الرطوبة من الهواء أيضًا.

تم اختبار الطلاء في الهواء الطلق في حرم جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية لمدة ستة أشهر، وأظهرت الألواح المعالجة بالطلاء انخفاضًا طفيفًا فقط في الأداء، في حين أظهرت الألواح غير المطلية المعرضة لنفس الظروف انخفاضًا كبيرًا. وفي الوقت نفسه، كان السطح المطلي قادرًا على امتصاص الرطوبة من هواء الليل، والتي تم استخدامها لاحقًا بنجاح لري النباتات خلال تجربة ميدانية صعبة.

يتكون الطلاء من بنية نانوية شفافة ومصنوعة من نوع خاص من السيليكون مناسب للاستخدام في التطبيقات الغذائية. ويجمع هذا الطلاء بين ثلاث خصائص في طبقة واحدة: السماح لأشعة الشمس بالمرور، ومقاومة الماء والغبار، وخفض درجة حرارة السطح إلى أقل بقليل من درجة حرارة الهواء المحيط أثناء الليل. ويؤدي هذا الانخفاض في درجة الحرارة إلى تكاثف الرطوبة الموجودة في الهواء وتتحول إلى قطرات ماء تنزلق من على السطح حاملة معها الغبار المتراكم.

ونُشرت هذه الدراسة في المجلة العلمية (الطاقة والمواد البيئية) وقال البروفيسور شياو تشيانغ جان، أستاذ علوم وهندسة المواد في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية وقائد هذه الدراسة: “لقد ركزنا على التحدي العملي الذي تواجهه جميع أنظمة الطاقة الشمسية، وهو الحفاظ على كفاءتها في البيئات التي يصعب تجنب الغبار والحرارة فيها. ومن خلال الاستفادة من التغيرات الطبيعية في درجات الحرارة بين النهار والليل، أصبحنا قادرين على تحقيق التنظيف الذاتي للألواح الشمسية دون الحاجة إلى استهلاك إضافي للمياه أو الطاقة”.

يُذكر أن هذه التقنية، بالإضافة إلى خاصية التنظيف الذاتي، تسمح أيضًا للسطح بجمع الرطوبة من الهواء. أظهرت الاختبارات الميدانية أن الألواح المطلية تنتج ضعف كمية الماء المتكثف التي تنتجها الأسطح غير المطلية تحت نفس الظروف. وعلى الرغم من أن الكميات المنتجة كانت محدودة، إلا أنها كانت كافية لدعم الري على نطاق صغير في سياق الدراسة، مما يشير إلى إمكانية واعدة للاستخدام في البيئات الزراعية المحلية.

كما تناولت الدراسة إمكانية تطبيق هذه التقنية في أنظمة “الزراعة الكهروضوئية” التي تجمع بين الألواح الشمسية والأنشطة الزراعية في نفس المنطقة. ومن خلال الحفاظ على نظافة الألواح وتوفير مصدر إضافي للمياه، يمكن أن يساهم هذا الطلاء في تحسين كفاءة الأراضي والموارد في البيئات التي يرتبط فيها أمن الطاقة وإدارة المياه ارتباطًا وثيقًا.

يتم إنتاج الطلاء بعملية حرارية بسيطة ويمكن تطبيقه على الأسطح الزجاجية العادية، مما يدعم إمكانية توسيع استخدامه في المستقبل. ويعمل فريق البحث حاليًا على تقييم متانة الطلاء وأدائه على مدى فترة زمنية أطول وفي ظل ظروف بيئية مختلفة.