الحر يجيب البرد
الثلاثاء - 02 أبريل 2024
Tue - 02 Apr 2024
تنوعت التقنيات في توليد الطاقة، فمنها الكهروضوئية ومنها الناتجة من تيارات الهواء والأخرى من الأمواج وهكذا.
لكن هناك تقنية فريدة من نوعها وهي الخلية الحرارية الكهربائية (TEC).
هذه الخلية عبارة عن جهاز قادر على تحويل الحرارة مباشرة إلى كهرباء.
تتم هذه العملية وفقا لمبدأ فيزيائي يعرف باسم تأثير سيبك (Seebeck effect).
يعتمد هذا التأثير على خاصية المواد شبه الموصلة المختلفة لتوليد جهد كهربي عند وجود فرق في درجة الحرارة بين جانبي الخلية، أي هناك جانب بارد والآخر حار.
تتكون الخلية الحرارية الكهربائية النموذجية من وحدات متصلة على التوالي مصنوعة من مواد شبه موصلة من نوعين p و n.
تمتلك مواد النوع p فائضا من الشحنات الموجبة، بينما تمتلك مواد النوع n فائضا من الشحنات السالبة.
عندما يتم تطبيق فرق في درجة الحرارة على جانبي الخلية، تتحرك حاملات الشحنة (الالكترونات والفجوات) في المواد استجابة لهذا التدرج الحراري.
تؤدي هذه الحركة إلى تراكم الشحنات على جانبي الموصل، وبالتالي ينشأ جهد كهربي عبر الخلية.
تستخدم الخلايا الحرارية الكهربائية في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك:
كما أن هذه الخلايا ذات حالة صلبة ليس لها أجزاء متحركة، مما يجعلها موثوقة للغاية ومتطلبة صيانة قليلة.
والجميل أنها لا تنتج أي ضوضاء أثناء التشغيل. ولا سيما أنه يمكن توصيل وحدات متعددة على التوالي أو بالتوازي لتوليد جهد أو تيار أكبر.
ومع ذلك، هناك أيضا بعض التحديات التي تواجه التكنولوجيا.
من أكثر العيوب المصاحبة لهذه الخلايا هي أنها لا تزال بكفاءة تحويل الطاقة الحرارية إلى كهربائية المنخفضة نسبيا.
المعضلة الأخرى أن مواد التصنيع للخلايا الحرارية الكهربائية مرتفعة التكلفة، مما يزيد من سعر الجهاز.
على الرغم من التحديات، فإن مجال الخلايا الحرارية الكهربائية هو مجال بحث نشط، وهناك جهود كبيرة لتطوير مواد جديدة وتحسين كفاءة وأداء هذه الأجهزة.
مع استمرار التطوير، من المتوقع أن تلعب الخلايا الحرارية الكهربائية دورا مهما في المستقبل في مجال استدامة الطاقة وتحويل مصادر الحرارة المهدرة إلى كهرباء مفيدة.
HUSSAINBASSI@
لكن هناك تقنية فريدة من نوعها وهي الخلية الحرارية الكهربائية (TEC).
هذه الخلية عبارة عن جهاز قادر على تحويل الحرارة مباشرة إلى كهرباء.
تتم هذه العملية وفقا لمبدأ فيزيائي يعرف باسم تأثير سيبك (Seebeck effect).
يعتمد هذا التأثير على خاصية المواد شبه الموصلة المختلفة لتوليد جهد كهربي عند وجود فرق في درجة الحرارة بين جانبي الخلية، أي هناك جانب بارد والآخر حار.
تتكون الخلية الحرارية الكهربائية النموذجية من وحدات متصلة على التوالي مصنوعة من مواد شبه موصلة من نوعين p و n.
تمتلك مواد النوع p فائضا من الشحنات الموجبة، بينما تمتلك مواد النوع n فائضا من الشحنات السالبة.
عندما يتم تطبيق فرق في درجة الحرارة على جانبي الخلية، تتحرك حاملات الشحنة (الالكترونات والفجوات) في المواد استجابة لهذا التدرج الحراري.
تؤدي هذه الحركة إلى تراكم الشحنات على جانبي الموصل، وبالتالي ينشأ جهد كهربي عبر الخلية.
تستخدم الخلايا الحرارية الكهربائية في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك:
- تطبيقات توليد الطاقة: يمكن استخدام الخلايا الحرارية الكهربائية لتحويل الحرارة المهدرة من العمليات الصناعية أو أنظمة عوادم السيارات إلى كهرباء مفيدة. على سبيل المثال، يمكن استخدامها في مصانع الصلب أو محطات توليد الطاقة لتحسين الكفاءة العامة للعملية.
- وحدات تبريد صلبة: يمكن عكس تأثير سيبك لتوفير التبريد. عند تطبيق جهد كهربي على الخلية الحرارية الكهربائية، فإنها تنتقل الحرارة من جانب إلى آخر، مما يؤدي إلى حدوث تأثير التبريد على أحد الجانبين. تستخدم وحدات التبريد الصلبة التي تعتمد على الخلايا الحرارية الكهربائية في أنظمة التبريد المحمولة وأجهزة الكمبيوتر عالية الأداء.
- حصاد الطاقة: نظرا لأن الخلايا الحرارية الكهربائية يمكنها العمل باستخدام اختلافات صغيرة في درجة الحرارة، فهي مناسبة لحصاد الطاقة من مصادر الحرارة المحيطة مثل اختلاف درجة حرارة الأرض أو جسم الإنسان. يمكن استخدام هذه الطاقة لتشغيل أجهزة استشعار لاسلكية أو أجهزة إلكترونية صغيرة أخرى.
كما أن هذه الخلايا ذات حالة صلبة ليس لها أجزاء متحركة، مما يجعلها موثوقة للغاية ومتطلبة صيانة قليلة.
والجميل أنها لا تنتج أي ضوضاء أثناء التشغيل. ولا سيما أنه يمكن توصيل وحدات متعددة على التوالي أو بالتوازي لتوليد جهد أو تيار أكبر.
ومع ذلك، هناك أيضا بعض التحديات التي تواجه التكنولوجيا.
من أكثر العيوب المصاحبة لهذه الخلايا هي أنها لا تزال بكفاءة تحويل الطاقة الحرارية إلى كهربائية المنخفضة نسبيا.
المعضلة الأخرى أن مواد التصنيع للخلايا الحرارية الكهربائية مرتفعة التكلفة، مما يزيد من سعر الجهاز.
على الرغم من التحديات، فإن مجال الخلايا الحرارية الكهربائية هو مجال بحث نشط، وهناك جهود كبيرة لتطوير مواد جديدة وتحسين كفاءة وأداء هذه الأجهزة.
مع استمرار التطوير، من المتوقع أن تلعب الخلايا الحرارية الكهربائية دورا مهما في المستقبل في مجال استدامة الطاقة وتحويل مصادر الحرارة المهدرة إلى كهرباء مفيدة.
HUSSAINBASSI@
