المركبات التي تعمل بالطاقة الشمسية: من الجذور التاريخية إلى الابتكارات المستقبلية

المركبات التي تعمل بالطاقة الشمسية، والتي كانت في السابق مفهوماً هامشياً، أصبحت الآن تجذب انتباه العالم حيث تعمل التكنولوجيا على سد الفجوة بين الطموح والواقع.

التطور التاريخي والتطورات الحديثة

برز الزخم الحقيقي لتطوير المركبات الشمسية من أزمة النفط عام ١٩٧٣، التي أجبرت دول العالم على البحث عن بدائل للوقود البترولي. برزت أستراليا رائدةً في هذا المجال، حيث ابتكر المخترعان هانز ثولستروب ولاري بيركنز سيارة "Quiet Achiever" عام ١٩٨٢، وهي سيارة تعمل بالطاقة الشمسية نجحت في عبور أستراليا. أثار هذا الإنجاز مسابقاتٍ دوريةً لسيارات الطاقة الشمسية في أستراليا، حيث قطعت الفرق مسافة تزيد عن ٣٠٠٠ كيلومتر باستخدام الطاقة الشمسية فقط.

دخلت الصين مجال المركبات الشمسية في ثمانينيات القرن الماضي بأول نموذج "شمسي" تم اختباره بنجاح. تميزت هذه المركبة بـ 2808 شريحة سيليكون أحادية البلورة، تغطي مساحة 10 أمتار مربعة، ووزنها 159 كجم فقط، وبلغت سرعتها 20 كم/ساعة.

شهدت السنوات الأخيرة تقدمًا ملحوظًا. في عام ٢٠٢٢، أطلقت شركة لايتيير الهولندية الناشئة محطتها الشمسية لايتيير ٠، بسعر ٢٦٣ ألف دولار أمريكي، ومزودة بألواح شمسية بمساحة ٥ أمتار مربعة. 

تستمر الإنجازات التكنولوجية في تجاوز الحدود. فقد قاد طلاب جامعيون بلجيكيون مؤخرًا سيارة تعمل بالطاقة الشمسية لمسافة 1051 كيلومترًا في 12 ساعة، مسجلين رقمًا قياسيًا جديدًا للمسافة. في الوقت نفسه، طوّر المختبر الوطني الأمريكي للطاقة المتجددة خلايا شمسية بكفاءة تحويل مذهلة تبلغ 47.1%، مما يُنبئ بمستقبل قد تصبح فيه الطاقة الشمسية أكثر فعالية بكثير في النقل.

التحديات التي تواجه تبني المركبات الشمسية</p>

وعلى الرغم من هذه التطورات، هناك العديد من التحديات الكبيرة التي تعيق اعتماد المركبات الشمسية على نطاق واسع:

• قيود الكفاءةتبلغ كفاءة الألواح الشمسية السيليكونية أحادية البلورة المتوفرة تجاريًا حاليًا حوالي 15% فقط في الإنتاج الضخم. حتى مع 5 أمتار مربعة من الألواح الشمسية و5 ساعات من ضوء الشمس يوميًا، لا تستطيع السيارة توليد سوى حوالي 6.4 كيلوواط/ساعة من الكهرباء، وهو ما يكفي لقطع مسافة 42.7 كيلومترًا فقط يوميًا.

• الطقس والاعتماد الجغرافي</p>يعتمد أداء الطاقة الشمسية بشكل كبير على الظروف المناخية. لا تتوفر ظروف مثالية لأشعة الشمس لأكثر من خمس ساعات يوميًا إلا في مناطق محدودة، مثل التبت وتشينغهاي في الصين، مما يجعل المركبات الشمسية أقل عملية في العديد من المناطق.

• الاعتبارات الاقتصاديةلا تزال التكلفة العالية لدمج الطاقة الشمسية باهظة. وكما أشار أحد التحليلات، فحتى مع الأنظمة المُحسّنة التي تُولّد 44 كيلومترًا إضافيًا يوميًا، سيستغرق الأمر سنوات لتعويض الاستثمار الأولي من خلال توفير تكاليف الكهرباء.

• تحديات التكامل التقنيتُشكّل بيئات السيارات تحديات فريدة لأنظمة الطاقة الشمسية، بما في ذلك الاهتزازات، ودرجات الحرارة القصوى، وضيق المساحة، وحدود الوزن. تتطلب هذه العوامل موادًا وأساليب هندسية متخصصة قادرة على تحمّل ظروف التشغيل القاسية مع الحفاظ على الأداء.

لماذا لا تنتشر الأسقف الشمسية للسيارات الكهربائية؟

على الرغم من الجاذبية المنطقية، فإن معظم المركبات الكهربائية لا تحتوي على أسقف شمسية بسبب القيود التقنية والاقتصادية الأساسية. إيلون ماسكصرحت صراحة بأن "المجال الأقل كفاءة لاستخدام الطاقة الشمسية هو السيارات"، مشيرة إلى عدم كفاية مساحة السطح وكفاءة التحويل كقيود أساسية.

جربت شركات صناعة السيارات التقليدية، مثل تويوتا وهيونداي، خيارات الأسقف الشمسية، ولكن نتائجها كانت متواضعة. وفّر سقف تويوتا بريوس برايم الشمسي مسافة 3.54 كيلومترًا فقط من المدى اليومي، بينما أضاف نظام هيونداي سوناتا الهجين مسافة تتراوح بين 4.8 و6.44 كيلومترًا فقط، وهي مسافة غير كافية لتلبية احتياجات معظم السائقين.

تكشف الرياضيات عن جوهر المشكلة: فمع التكنولوجيا الحالية، لا تستطيع الطاقة المُولَّدة من لوحة شمسية بحجم سيارة منافسة طرق الشحن التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، هناك تحديات تقنية تتعلق بـالمتانة والوزن والتكاملكانت الفوائد تفوق في السابق الفوائد التي تعود على معظم الشركات المصنعة.

حلول المواد المتخصصة لتطبيقات المركبات الشمسية

لكي تتمكن المركبات الكهربائية الشمسية من التغلب على هذه العوائق، فإنها تتطلب حلولاً مادية متطورة تُعالج مشاكل الأداء والموثوقية. تُقدم مجموعة منتجات شركتكم بالضبط أنواع الحلول التي تحتاجها هذه الصناعة الناشئة:

1. <ص>حلول الإدارة الحرارية

• وسادات موصلة للحرارةهذه المكونات أساسية لإدارة الحرارة في أنظمة الطاقة الشمسية. أحدث وسادات السيليكون الحرارية منخفضة النزف،  تقليل فصل الزيت مع الحفاظ على الأداء عند التشغيل المستمر في درجات حرارة عالية. هذه الخاصية تجعلها مثالية لتطبيقات الطاقة الشمسية التي تتطلب تجنب التلوث.

• عزل الهلام الهوائيباعتبارها مواد عزل حراري خفيفة الوزن للغاية، توفر المواد الهلامية الهوائية حماية استثنائية ضد درجات الحرارة القصوى مع إضافة الحد الأدنى من الوزن - وهو اعتبار بالغ الأهمية لكفاءة السيارة.

2. <ص>مكونات الموثوقية المحسنة

• عوازل البولي بروبيلين/البولي كربوناتتوفر هذه المواد العزل الكهربائي والدعم الهيكلي لأنظمة تركيب الألواح الشمسية، مما يساعد على منع حدوث ماس كهربائي وتحسين موثوقية النظام بشكل عام.

• حشوات حماية EMIمع ازدياد عدد الأنظمة الإلكترونية في المركبات، أصبح التداخل الكهرومغناطيسي مصدر قلق متزايد. تحمي حشوات الرغوة الموصلة إلكترونيات تحويل الطاقة الشمسية الحساسة من التداخل الكهرومغناطيسي، مما يضمن أداءً ثابتًا.

<ص>3. <ص>مواد المتانة والسلامة</p>

• رغوة السيليكون المقاومة للحريقتوفر هذه المادة حماية مزدوجة من الحرائق وتخميد الاهتزازات، وهو أمر مهم بشكل خاص لأنظمة البطاريات في المركبات الشمسية حيث تكون السلامة هي الأهم.

• شريط موصل حراريًا مزدوج الجوانب: لتأمين مكونات الطاقة الشمسية مع الحفاظ على النقل الحراري، توفر هذه الأشرطة تجميعًا مبسطًا وإدارة حرارية موثوقة في التطبيقات ذات المساحة المحدودة.

الخلاصة: طريق مشرق إلى الأمام

في حين تواجه المركبات التي تعمل بالطاقة الشمسية تحديات كبيرة، تواصل هذه التكنولوجيا تطورها بوتيرة متسارعة. ومع شركات مثل شركتكم التي تقدم حلولاً مادية حيوية تعالج مسائل الإدارة الحرارية والموثوقية والسلامة، فإن هذا القطاع في وضع أفضل للتغلب على هذه العقبات.