طوّر فريق بحثي بقيادة علماء من جامعة جنوب شرق الصينية نظاماً ذاتي الطاقة يجمع بين توليد الكهرباء الكهروضوئية والحرارية (PV-TEG)، قادراً على كشف النقاط الساخنة في الألواح الشمسية وإدارتها حرارياً مع رصد لاسلكي مدمج.
تفاصيل النظام المبتكر
يعتمد النظام على مولدات كهروضوئية حرارية (TEGs) تحوّل الفروقات الحرارية إلى كهرباء عبر تأثير سيبيك. ودمج الباحثون أربع مولدات في مصفوفة مدمجة مع مشتت حراري من الألومنيوم، لتؤدي وظائف متعددة: تحديد مواقع النقاط الساخنة، الإدارة الحرارية السلبية، حصاد الطاقة، والرصد اللاسلكي.
أوضح المؤلف المراسل جينغمينغ كاي أن الابتكار يتجاوز الدور التقليدي للمولدات الحرارية كحصادات للحرارة المهدرة، إذ يمكن للإشارات الكهربائية المولدة أن تكشف مواقع الشذوذ الحراري داخل الوحدة الكهروضوئية.
نتائج المحاكاة والتجارب الميدانية
أنشأ الفريق نموذجاً متعدد الفيزياء ثلاثي الأبعاد لمنطقة كهروضوئية بقياس 500×500 مم تحت إشعاع 1000 واط/م² ودرجة محيط 25 مئوية. أظهرت المحاكاة أن مواقع النقاط الساخنة المختلفة تولد أنماط جهد مميزة عبر القنوات الأربع، مما يمكّن من رسم خرائط كمية للإحداثيات ثنائية الأبعاد، مع انخفاض محلي محاكى في الحرارة تراوح بين 8.15 و12.40 كلفن.
في التجارب الخارجية بمدينة تايتشو شرقي الصين، ثبت النظام على سطح منشأة اتصالات ورُصد من الثامنة صباحاً حتى السادسة مساءً. حققت التجربة دقة تحديد للموقع بخطأ بلغ نحو 9.93 مم، وانخفضت حرارة سطح اللوحة محلياً حتى 7.7 درجة مئوية، وبمعدل 5.4 درجة متوسطاً. عملت إلكترونيات الرصد دون مصدر طاقة خارجي، وأكملت نحو 45 إرسالاً لاسلكياً خلال اختبار نهاري دام 10 ساعات.
آفاق مستقبلية
يخطط الفريق لاختبار أداء النظام تحت نقاط ساخنة مستحثة كهربائياً وفي ظروف خارجية أكثر تعقيداً. تهدف الرؤية طويلة المدى إلى جعل الألواح الشمسية قادرة على رصد صحتها الحرارية ذاتياً، واكتشاف الأعطال المحتملة مبكراً، وتقليل الحاجة إلى بنية تحتية كثيفة الاستهلاك للطاقة للمراقبة. نُشرت الدراسة في دورية "الهندسة الحرارية التطبيقية" بمشاركة باحثين من جامعة جنوب شرق الصينية وجامعة التكنولوجيا في سيدني الأسترالية.
