السبت 18 يوليو 2026
ابتكار زجاج شفاف لتوليد الطاقة الشمسية بكفاءة عالية
اكتشاف جديد يحوّل النوافذ الشفافة إلى مصدر طاقة نظيفة دون التأثير على المظهر أو الألوان
الطاقة الشمسية لم تعد بحاجة إلى ألواح ظاهرة، الآن، نافذتك الزجاجية يمكنها تشغيل أجهزتك دون أن تفقد نقاء الرؤية
في ابتكار علمي رائد بقيادة جامعة نانجينغ ونُشر في مجلة PhotoniX، نجح باحثون في تطوير مركّز شمسي شفاف وأحادي الاتجاه يُطلى مباشرة على الزجاج، ليحوّله إلى سطح منتج للكهرباء دون تغيير في الشكل أو الوضوح. يعتمد النظام على بلورات كولسترية تصنع حيودًا ضوئيًا يوجّه الضوء نحو الحواف حيث تثبّت خلايا كهروضوئية عالية الكفاءة. يتميز التصميم بفعالية عالية وشفافية كبيرة، مع إمكانية تصنيعه صناعيًا وإضافته للنوافذ الحالية، ما يفتح الباب أمام تطبيقات واسعة في الواجهات والمباني والدفيئات الزجاجية.
نافذة شمسية شفافة تولد الطاقة بلا تغيير في المظهر
قدّم فريق بحثي تقوده جامعة نانجينغ (Nanjing University) مركّزًا شمسيًا شفافًا وعديم اللون وأحادي الاتجاه يمكن طلاؤه مباشرة على زجاج النوافذ القياسي. تعتمد الدراسة، المنشورة في الدورية PhotoniX، على طبقات متعددة من البلورات السائلة الكولسترية (cholesteric liquid crystals) اختصارًا (CLC) ذات دورية جانبية تحت ميكرونية. ويعمل الابتكار بوصفه مركّزًا شمسيًا حيوديًا موجَّهًا اختصارًا (CUSC) يلتقط ضوء الشمس وينقله داخل اللوح إلى الحواف حيث تُثبَّت الخلايا الكهروضوئية (photovoltaics) اختصارًا (PV)، ما يحوّل الزجاج التقليدي إلى زجاج مولِّد للطاقة ضمن حلول الطاقة الشمسية المتكاملة معماريًا.
كيف يعمل المركّز الشمسي الحيودي أحادي الاتجاه (CUSC) في النوافذ الشمسية
تُهندَس أفلام (CLC) بحيث تُحدِث حيودًا انتقائيًا عريض النطاق للضوء المستقطَب دائريًا، ثم تُدخله بزوايا شديدة الانحدار عبر التوجيه الموجي داخل اللوح الزجاجي. ينتقل الضوء داخل الواجهة حتى يصل إلى الحواف المزودة بخلايا (PV)، فتعمل النافذة الشمسية كجامع ضوئي غير مرئي يحافظ على وظيفة النافذة وشفافيتها في الوقت نفسه.
تفوق بصري وكفاءة أعلى مقارنة بالمجمّعات الفلورية (اللمّاعة) أو المبعثرة
على خلاف المجمّعات اللمّاعة أو المبعثرة التي تُضعِف الوضوح وتعاني تحديات الكفاءة والتوسعة، يحقق نظام (CUSC) تركيز ضوء الشمس مع صفاء بصري مرتفع. سجّل الجهاز نفاذية مرئية متوسطة قدرها 64.2 بالمئة ومؤشر تجسيد لون 91.3، ما يتيح نوافذ شمسية وزجاجًا ذكيًا يحافظان على الألوان الطبيعية والمشهد خلف الزجاج مع توليد طاقة نظيفة.
أرقام أداء للنوافذ الشمسية: تركيز ضوء الشمس وتشغيل أحمال فعلية
يوضح دي وي تشانغ (Dewei Zhang) أن هندسة أفلام (CLC) تسمح بتوجيه الضوء المستقطَب داخل الزجاج بزوايا حادة، الأمر الذي يتيح جمع ما يصل إلى 38.1 بالمئة من طاقة الضوء الأخضر عند الحافة. وفي تجربة عملية، شغّل نموذج أولي بقطر 1 بوصة مروحة بقدرة 10 ميلي واط تحت ضوء الشمس المباشر. وتشير النمذجة إلى أن نافذة بعرض مترين يمكن أن تركّز الإشعاع بنحو 50 مرة. كما يمكن تقليل عدد خلايا (PV) الموضوعة على الحواف بما يصل إلى 75 بالمئة، ما يخفض التكلفة ويرفع قابلية الانتشار.
تصنيع لفّة إلى لفّة وإضافة لاحقة على النوافذ القائمة
تُحضَّر الطبقات المتعددة من (CLC) عبر المحاذاة الضوئية والبلمرة بدقة، مع قابلية للتوسعة الصناعية باستخدام تصنيع لفّة إلى لفّة (roll-to-roll). يبيّن الفريق أن البنية مستقرة تحت التعرض الطويل الأمد، ويمكن تنفيذها بوصفها إضافة لاحقة على النوافذ القائمة من دون استبدال الواجهات، وهو ما يعجّل ترقية المباني إلى زجاج مولِّد للطاقة ضمن حلول استدامية عملية.
تكامل مع الخلايا الكهروضوئية (PV) عالية الكفاءة مثل أرسينيد الغاليوم
يحصر التصميم الخلايا الكهروضوئية في نطاق الحواف بدل تغطية الواجهة الشفافة. يتيح ذلك استخدام خلايا عالية الأداء مثل أرسينيد الغاليوم (gallium arsenide) لرفع كفاءة تحويل الطاقة عند الحواف، مع الإبقاء على الواجهة زجاجًا ذكيًا عالي الشفافية. بهذه المقاربة، تجمع النوافذ الشمسية بين الجماليات المعمارية وفعالية توليد الكهرباء، وتدعم تبنّي الطاقة الشمسية المتكاملة معماريًا في المباني السكنية والتجارية.
تصريحات الباحثين: قيمة تطبيقية للطاقة الشمسية المتكاملة معماريًا
يشير دي وي تشانغ (Dewei Zhang) إلى أن انتقائية الحيود والتوجيه الموجي داخل اللوح هي مفتاح رفع الحصاد الضوئي عند الحواف. ويؤكد الأستاذ وي هو (Wei Hu) أن تصميم (CUSC) يمثل مسارًا عمليًا وقابلًا للتوسعة لخفض الانبعاثات الكربونية وتعزيز الاعتماد الذاتي على الطاقة في المدن من دون المساس بجماليات الواجهات.
تطبيقات تمتد من الواجهات الزجاجية إلى الدفيئات والشاشات الشفافة
يركّز العمل القادم على تحسين الكفاءة عريض النطاق والتحكم في الاستقطاب، وتكييف التقنية للدفيئات الزراعية وشاشات شمسية شفافة. الرؤية هي تحويل الزجاج الخامل إلى أسطح نشطة لإنتاج الكهرباء في كل مكان، من الواجهات الكبيرة إلى البيوت الزجاجية، مع إبقاء النوافذ الذكية شفافة وعديمة اللون.
دلالات استدامية لزجاج ذكي يولّد الكهرباء
تُظهر النتائج أن تركيز ضوء الشمس بمقدار كبير مع تقليل كمية خلايا (PV) يوفّر نوافذ شمسية أقل تكلفة وأكثر قابلية للتعميم. وبفضل إمكانات التصنيع لفّة إلى لفّة والاستقرار الطويل وإمكانية الإضافة اللاحقة، يقدّم المركّز الشمسي الحيودي أحادي الاتجاه (CUSC) طريقًا واقعيًا لنشر الزجاج المولِّد للطاقة، ودعم خطط خفض الانبعاثات وتعزيز أمن الطاقة، من دون تغيير مظهر النوافذ أو تشويه الألوان.
