طور باحثون في Harvard University جهازا شمسيا مبتكرا قادرا على التبديل تلقائيا بين إنتاج الكهرباء في الصيف وتوفير التدفئة في الشتاء، في خطوة قد تعالج واحدة من أبرز تحديات الطاقة المتجددة.

ويعتمد هذا الابتكار على نظام ذكي يعمل دون أي حساسات أو محركات أو شرائح إلكترونية، ما يجعله بسيطا وفعالا في الوقت نفسه.

كيف يعمل الجهاز؟

يعتمد النظام على مبدأ فيزيائي بسيط يتمثل في تغير حالة الماء بين:

البخار (في درجات الحرارة المرتفعة)

السائل (عند البرودة والتكاثف)

ويعمل هذا التغير كـ"مفتاح بصري" يتحكم في طريقة استخدام ضوء الشمس.

وضع الصيف: توليد الكهرباء

عندما تكون درجات الحرارة مرتفعة:

يبقى الماء داخل الجهاز في الحالة الغازية

يسمح ذلك بتركيز أشعة الشمس عبر عدسة خاصة على خلية شمسية

يتم تحويل الضوء إلى كهرباء تستخدم في التبريد أو تشغيل الأجهزة

وضع الشتاء: التدفئة المباشرة

 عند انخفاض درجات الحرارة:

يتكثف الماء ويتحول إلى سائل

تقل قدرة العدسة على تركيز الضوء

يتم توجيه أشعة الشمس مباشرة إلى داخل المبنى

تتحول الطاقة الشمسية إلى حرارة طبيعية للتدفئة.

تصميم بسيط وفعال

يتكون الجهاز من ثلاث طبقات رئيسية:

عدسة "فريسنل" (عدسة رفيعة ذات تصميم خاص)

حجرة مغلقة تحتوي على الماء

خلية شمسية

ويعمل هذا "التركيب الطبقي" بطريقة تلقائية بالكامل وفق الظروف البيئية.

أداء متفوق على التقنيات التقليدية

أظهرت الاختبارات أن الجهاز:

يحول نحو 90% من ضوء الشمس إلى حرارة في وضع التدفئة

يوفر كفاءة أعلى بحوالي 5 مرات مقارنة بأنظمة التدفئة التقليدية المرتبطة بالألواح الشمسية

كما يقوم بالتبديل تلقائيا حسب الفصول:

من مايو إلى أكتوبر: إنتاج كهرباء

من نوفمبر إلى أبريل: توفير التدفئة.

تطبيقات واسعة في المستقبل

يمكن استخدام هذه التقنية في:

نوافذ المباني الذكية

الواجهات الزجاجية

البيوت الزجاجية الزراعية

المركبات

مما يجعلها حلا عمليا لتقليل استهلاك الطاقة التقليدية.

التحديات الحالية

رغم هذا التقدم، لا يزال هناك تحدٍ مهم يتمثل في:

زاوية سقوط أشعة الشمس

حيث يعمل الجهاز بكفاءة أعلى عندما تكون الشمس في زاوية مناسبة، ويقل الأداء خارج هذه الزوايا.

ويعمل الباحثون حاليا على تحسين التصميم لزيادة ساعات التشغيل الفعالة.

خطوة نحو طاقة أكثر ذكاءً

يمثل هذا الابتكار تحولًا في مفهوم الطاقة الشمسية، من أنظمة ثابتة أحادية الوظيفة إلى أنظمة ذكية تتكيف تلقائيا مع احتياجات الإنسان والبيئة.

ومع استمرار التطوير، قد تصبح هذه التقنية جزءا أساسيا من المباني المستدامة في المستقبل.