ابتكر فريق بحثي من جامعة نانجينغ في الصين طلاء شفاف قادر على تحويل أي نافذة عادية إلى لوح شمسي فعّال. وذلك بدون التأثير على وضوح الرؤية أو جماليات المبنى، أي أن زجاج النافذة يبقى شفافاً!
وجود طلاء شفاف يحوّل الطاقة الشمسية إلى كهرباء يمكن أن يمثل نقلة نوعية في دمج الطاقة الشمسية داخل البيئة العمرانية، ويتيح إنتاج تيراواطات من الطاقة النظيفة إذا ما تم توسيع نطاق استخدام التقنية عالمياً. فهل يمكن تطبيق هذا الابتكار بشكل واسع؟
تقنية تحافظ على شفافية النوافذ
في بحث نشرته مجلة photonix بتاريخ 2025/7/28م نجح الباحثون في تطوير طلاء شفاف يولد الطاقة الكهربائية بواسطة التقنية المعروفة باسم المركّز الشمسي الانعراجي عديم اللون أحادي الاتجاه (CUSC). والتي تعمل على توجيه جزء من فوتونات ضوء الشمس نحو خلايا شمسية ضوئية موجودة عند جانبي الزجاج، بينما يمر الجزء الآخر من الضوء بشكل طبيعي، محافظاً على شفافية النافذة.
أحد المشاركين في البحث وهو مهندس البصريات وي هو يقول:
"تصميم الـ CUSC يمثل خطوة متقدمة نحو دمج التكنولوجيا الشمسية في البيئة المبنية من دون التضحية بالجماليات. إنها استراتيجية عملية وقابلة للتوسع للحد من الكربون وتحقيق الاكتفاء الذاتي في الطاقة".
وقد أثبتت الاختبارات أن هذا الطلاء يسمح بمرور 64.2٪ من الضوء المرئي ويحافظ على91.3٪ من دقة الألوان. متفوقاً بذلك على التقنيات السابقة من حيث الشفافية والكفاءة وقابلية التوسيع.
كيف يمكن لـ طلاء شفاف تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء؟
يعتمد هذا الطلاء الشفاف على البلورات السائلة الكولسترية (CLCs)، وهي مواد تتمتع بخصائص بصرية فريدة تسمح بتوجيه الضوء بطريقة دقيقة.يقوم الطلاء باحتجاز نوع واحد من استقطاب الضوء الدائري، وتوجيهه داخل الزجاج بزاوية حادة نحو الخلايا الشمسية، بينما يمر باقي الضوء بشكل طبيعي، ما يجعل النافذة تحافظ على وظيفتها التقليدية.
يشرح مهندس البصريات ديوي زانغ المشارك في البحث قائلاً:
"من خلال هندسة بنية طبقات البلورات السائلة الكولسترية، أنشأنا نظاماً يقوم بانتقاء الضوء المستقطب دائرياً ونقله بزاوية حادة نحو الخلايا الضوئية".
نتائج الاختبارات العملية
أظهرت التجارب الأولية باستخدام أشعة ليزر خضراء أن الطلاء قادر على التقاط وتحويل 38.1٪ من الطاقة المتاحة، بينما أظهرت الاختبارات العملية باستخدام الطيف الكامل للضوء كفاءة إجمالية تصل إلى 18.1٪.ونجح الباحثون في تصنيع نموذج أولي بحجم بوصة واحدة، استطاع توليد طاقة كافية لتشغيل مروحة صغيرة، مما يعكس إمكانات ضخمة لتوليد الكهرباء عند تطبيق التقنية على نوافذ بالحجم الكامل.
التطبيقات والتحديات المستقبلية
الميزة الأبرز للطلاء الشفاف أنه لا يتطلب تعديلات كبيرة على المباني، وهذا ما يجعله مناسب للاستخدام في الأبنية السكنية والتجارية. ومع ذلك يواجه الفريق البحثي تحديات عدة قبل الوصول إلى الإنتاج التجاري، أبرزها:
1. تحسين استقرار الطلاء على المدى الطويل.
2. تطوير طرق تصنيع أكثر كفاءة وأقل تكلفة.
3. رفع كفاءة تحويل الطاقة لتصبح أعلى من النسبة الحالية (3.7٪ من إجمالي الطاقة الشمسية المارة عبر الزجاج).
ويختتم الباحثون بالقول:
"للوصول إلى إنتاج واسع النطاق، لا بد من إدخال تحسينات على المواد والإجراءات المستخدمة في التصنيع".
يمثل وجود طلاء شفاف بهذه التقنية خطوة ثورية نحو دمج الطاقة الشمسية في المباني دون التضحية بالجماليات. ومع تطوير المواد وتحسين كفاءة التحويل، يمكن أن تتحول نوافذ المباني وخصوصاً ناطحات السحاب حول العالم إلى مصادر مستدامة للكهرباء، ما يمهّد لعصر جديد من العمارة الذكية والطاقة النظيفة.