الطاقة

اختراعات: الطاقة

  • اختراعات: الطاقة // صورة: © Big Face / fotolia.com
    أيكه فيبر (من مواليد 1949)، فيزيائي وخبيرالطاقة الشمسية

    «البشرية سوف تعيش بالطاقة المستدامة أولاتعيش إطلاقاً».



    كيف نستطيع الاستفادة من الطاقة دون إرهاق البيئة والمناخ؟ كيف نُلبي الحاجة المتزايدة؟ تعتمد ألمانيا على الطاقة المتجددة مثل الشمس والرياح والمادة الحيوية. يَحمل الباحثون بمعهد فراونهوفر مع أيكه فيبرأرقام قياسية عالمية متعددة عن فعالية الخلايا الشمسية.

    اختراعات: الطاقة // صورة: © Big Face / fotolia.com


© Fraunhofer

مزيج الطاقة التجديدي

هل تنطفئ الأضواء عند نفاذ الغاز والنفط والفحم؟ مازالت تستخدم شركات الكهرباء على مستوى العالم الطاقة الحفرية في المقام الأول. كما يضمن استخدام الطاقة المتجددة الإمداد بالطاقة الكهربائية. وتُظهِرالخطط التجريبية التي يجريها باحثي فراونهوفر بالاشتراك مع العديد من المشاريع الصناعية سبل وكيفية تحقيق ذلك.

تربط عشرات من منتجي الطاقة الصغارالذين يستخدمون الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والغاز الحيوي محطة طاقة إلكترونية مشتركة على الإنترنت. ويحمي نظام التحكم المركزي من نقص الإمدادات عندما لاتسطع الشمس أوتهب الرياح. كما تساعد على تخزين الطاقة الزائدة وإدخالها الشبكة عند الحاجة.


العديد من مصادر الطاقة المتجددة تُشكل سوياً محطة طاقة إلكترونية.

    ضوء الغد

    ورق الحائط المضيء والصور والأوراق المعدنية المرنة بدلاً من اللمبات أو مصابيح النيون المُشعة – لا حصر لاستخدامات الصمامات الثنائية العضوية الباعثة للضوء أو مختصراً أو ال اي دي OLED. فاليوم تُستخدَم على سبيل المثال في شاشات الهواتف المحمولة ومُشغلات MP3. تتكون هذه الصمامات من أشباه موصلات رفيعة جداً مصنوعة من طبقات بلاستيكية وتحتاج إلى طاقة قليلة وإنتاجهم منخفض التكلفة مقارنة بالصمات الثنائية الباعثة للضوء التقليدية. ويمكن استخدامها في صناعة الشاشات المرنة.

    ولكن نسبياً يُعتبر العمر الافتراضي لصمامات الـ أو إل إي قصير. يعمل الباحثون في مدينة دريسدن وبوتسدام وماينز على تطوير الـ أو إل إي دي ليصبح عمرها الافتراضي أطول وتصبح أمتن وضوئها أقوى.

    إلى فيديو "أو إل إي دي – الضوء النابع من الجزيئات الصغيرة"


    لا حصر لاستخدامات الصمامات الثنائية العضوية الباعثة للضوء أو ال اي دي OLED.
      © Fraunhofer

      الطاقة الشمسية باختصار

      في صيف 2014 سَجَل باحثون بمعهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية رقماً قياسياً: حقق اللوح الضوئي الجهدي درجة كفائة وصلت نسبتها إلى 36.7 بالمئة.

      يتكون ما يسمي بلوح المركز من عدسات تُجمِع ضوء الشمس وكذلك الخلايا الشمسية الفعالة الموجودة تحتها.هذه الخلايا الشمسية رباعية الحجم مبنية من عدة طبقات أشباه الموصلات التي تمتص أطوال الموجة المختلفة لضوء الشمس. ومن ثم تستخدم طيف عريض من ضوء الشمس كخلايا شمسية تقليدية من السليكون.


      َستخدم ألواح المركز ضوء الشمس بشكل فعال

      انتاج الخلايا الشمسية رباعية الحجم لألواح المركز
        © picture alliance / Keystone

        مبدأ المولد الكهربائي (الدينامو)

        الطاقة للجميع؟ بدى ذلك أمراً صعب تخيله قبل 150 عاماً، نظراً لأن نقل الطاقة لمسافات طويلة يستوجب تحويلها إلى تيار، مما يحتاج إلى مولد كهربائي. وقد أجرى العديد من الباحثين آنذاك تجارباً مُستخدمين مثل هذه الأجهزة التي تُنقل من خلالهم الطاقة الكهربائية عن طريق حركة دورانية لموصل كهربائي في الحقل المغناطيسي.

        وقد تمكن المهندس فيرنر فون زيمنس عام 1866 من إحداث طفرة في هذا المجال، حيث تعمل آلته الحركية الكهربائية طبقاً لمبدأ "الاستثارة الذاتية": مما يعني أنها لاتحتاج إلى تيار كهربائي أولي من الخارج إنما تستخدم المغناطيسية المتبقية في المغناطيس الكهربائي والتي تكفي لتوليد جهد كهربائي ضعيف في أول الأمر، وبالتالي يتدفق التيار الكهربائي الذي يُعزز القوة المغناطيسية مما يؤدي إلى تقليل وزن الآلة بنسبة حوالي 85 بالمئة وخفض سعرها بنسبة حوالي75 بالمئة. وبذلك أصبح أساس الإمداد بالطاقة الكهربائية المُنتشر على نطاق واسع متوفراً. وهذه فقط فكرة ضمن الأفكار الابتكارية العديدة التي تضع حجر الأساس للنجاح العالمي لشركة زيمنس.


        في كل مكان توجد به طاقة ميكانيكية تُحول إلى طاقة كهربائية يحتاج الأمر إلى مولدات كهربائية – أيضاً في محطات الطاقة الحديثة.

        تولت محطة توليد الكهرباء فالشنسيكرافت في العشرينيات مهمة تزويد ولاية بافاريا بالكهرباء. وتعمل هذه المحطة حتى الآن
          © Kara / fotolia.com

          الاستفادة الأمثل من طاقة الرياح

          ما هو كم الطاقة الذي يُمكن أن يولده توربين الرياح؟ وصل الباحث في ميكانيكا الموائع ألبرت بيتس عام 1919 إلى نتيجة عن طريق حساب يُقر باستحالة تحويل أكثر من 59 بالمئة من طاقة الرياح إلى طاقة قابلة للاستعمال. ولكي يقترب بقدر الإمكان من هذه القيمة يقوم العالِم الذي سكن في مدينة جوتنجن بفحص الجناح الحامل داخل قناة التهوية. وقد طور من قبل في الثلاثينيات بالاشتراك مع كورت بيلاو أجنحة مثالية لمحطات طاقة الرياح.


          تعد درجة الكفاءة العالية أمراً مهماً بالقرب من البيوت السكنية ولكن لابد أن تكون المحطات منخفضة الصوت أيضاً.

          تكون الأجنحة الحاملة المُحدَثة والمُحسنة في محطات طاقة الرياح الحديثة هي المسئولة عن تحقيق درجة كفاءة عالية.
            يمكنك التعرف على المزيد من الاختراعات في المجالات الآتية: