- جهاز SOLED يجمع بين الألواح الشمسية و LED، مما يساعد على تخفيف عبء البطاريات على الجنود.
- يمكن أن تصل كفاءة تحويل الطاقة في الجهاز إلى 22%، ويمكنه إصدار ما يقرب من 11% من الضوء.
- يمكن لهذه التقنية تقليل الاعتماد على البطاريات التقليدية والمولدات، مما يعزز من مرونة الطاقة.
- يعمل الفريق على تحسين سطوع الألواح لتوسيع نطاق الاستخدام.
يمكن لجندي أمريكي أثناء تنفيذ مهامه حمل ما يصل إلى 20 رطلاً من البطاريات لتشغيل أجهزة الراديو وغيرها من الأجهزة الإلكترونية. قام المهندسون في جامعة فلوريدا الدولية بتطوير جهاز رقيق يمكنه تخفيف هذا العبء من خلال تحويل ضوء الشمس إلى طاقة، ويعمل أيضًا كمصدر للضوء. الجهاز الذي يحمل اسم SOLED يجمع بين الألواح الشمسية ومصابيح LED. حصل المشروع على تمويل قدره 10 ملايين دولار من وزارة الدفاع، ويتميز الجهاز بأنه رقيق للغاية، مما يسمح بخياطته في الزي العسكري أو المعدات، مما يوفر وسيلة هادئة لتوليد الطاقة للقوات الموجودة في المناطق النائية، دون الضجيج أو الحرارة أو الحجم الناتج عن المولدات.
يتكون جهاز SOLED من مادة شبه موصلة متعددة الاستخدامات تُعرف باسم الكادميوم، وعند استخدامه كخلايا شمسية، يمكنه تحويل ضوء الشمس إلى طاقة بكفاءة تصل إلى 22%، وفقًا لما ذكره الفريق، وهذه الكفاءة تعادل تقنيات الطاقة الشمسية التجارية. وعند تشغيله بشكل عكسي، فإنه يصدر الضوء بكفاءة تقارب 11%، وهو تحسن كبير مقارنة بالإصدارات السابقة. على الرغم من أن هذا المصدر الضوئي ليس ساطعًا للعين المجردة، إلا أن ذروة طيفه تقع عند 818 نانومتر، وهو ما يتجاوز قليلاً حدود الضوء المرئي، ويظهر توهجًا ورديًا خافتًا. ومع ذلك، يمكن لمستشعرات الرؤية الليلية وأجهزة المسح البيولوجية وأجهزة التصوير الطبي قراءة مثل هذه الأطوال الموجية.
يعمل الفريق حاليًا على جعل سطوع الألواح أكثر إشراقًا.
تعزيز مرونة الطاقة
قالت دانييلا رادو، التي تقود البحث، إن هذه الألواح القادرة على إنتاج الطاقة والضوء يمكن أن تقلل من الاعتماد على البطاريات والمولدات والإمدادات. "هذه هي الطريقة التي يمكننا من خلالها تعزيز مرونة الطاقة على مستوى الجنود الفرديين." وأشارت رادو أيضًا إلى أن هذه التقنية قد تعزز تطوير شاشات جديدة ومستشعرات وأجهزة ضوئية أخرى، مما يوفر مرونة عندما تتعرض خطوط الإمداد للتهديد.
فيما يتعلق بتوسيع الاستخدام، قال الأستاذ المساعد في البحث بجامعة FIU نيتش كمار، إن الاختبارات المعملية لخلايا الطاقة الشمسية من الكادميوم عادةً ما تستخدم عينات بحجم حوالي 0.1 سنتيمتر مربع (حوالي 0.016 بوصة مربعة)، حيث إن هذا هو نطاق تصميم المعدات القياسية. قام الفريق بتوسيع جهاز SOLED إلى 1.1 سنتيمتر مربع (حوالي 0.17 بوصة مربعة)، مع الحفاظ على كفاءة تحويل الطاقة فوق 20%، ثم تم توسيعه إلى 2.1 سنتيمتر مربع (حوالي 0.33 بوصة مربعة)، مع الحفاظ أيضًا على أداء قوي.
على الرغم من أن توسيع الحجم يمثل تحديًا، نظرًا لأن الألواح رقيقة ولها طبقات متعددة، إلا أن كمار قال إن الفريق لم يواجه أي مشاكل حتى الآن.
تحديات توسيع الاستخدام
تأتي هذه العمل من تمويل وزارة الدفاع، الذي يهدف إلى دعم مركز التميز للطاقة المرنة والتخزين (CIREES)، الذي تقوده رادو. تتحمل جامعة FIU مسؤولية هذا المشروع متعدد السنوات، وتعمل بالتعاون مع شركاء من جامعة ولاية بنسلفانيا، بهدف تعزيز مرونة الطاقة للجنود كأولوية للأمن القومي. لم تقدم جامعة FIU جدولًا زمنيًا للإصدار القابل للارتداء. تظهر النتائج الحالية أن كفاءة تحويل الطاقة تبقى فوق 20% في ظل ظروف تتجاوز الحد الأدنى من العينات المعملية. تم نشر هذه الدراسة في مجلة Nano Energy.
العنصر المواصفات كفاءة تحويل الطاقة تصل إلى 22% كفاءة التشغيل العكسي تقارب 11% حجم اللوحة 1.1 سنتيمتر مربع (حوالي 0.17 بوصة مربعة) حجم اللوحة بعد التوسيع 2.1 سنتيمتر مربع (حوالي 0.33 بوصة مربعة)
أثر تقنية SOLED على الجنود
تطوير جهاز SOLED لا يساعد فقط في تخفيف عبء البطاريات على الجنود أثناء تنفيذ مهامهم، بل يعزز أيضًا قدرتهم على القتال في المناطق النائية. من خلال دمج تقنيات الطاقة الشمسية و LED، يمكن للجنود الحصول على الطاقة بشكل مستمر دون الاعتماد على مصادر الطاقة التقليدية، وهو أمر بالغ الأهمية لتعزيز مرونة الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي النجاح في تطبيق هذه التقنية إلى تعزيز تطوير شاشات جديدة ومستشعرات، مما يزيد من مرونة العمليات القتالية. ومع مواجهة التحديات المستقبلية، لا يزال يتعين على الفريق التغلب على الصعوبات التقنية المرتبطة بتوسيع الاستخدام.