معهد ألماني يطور نظاماً هجيناً لأسطح المنازل يولد الكهرباء والحرارة والتبريد

طور معهد أبحاث ألماني تقنية مدمجة لأسطح المنازل تولد الكهرباء الشمسية، وتوفر الماء الساخن والتبريد الداخلي في منظومة واحدة متكاملة. ووفقا لخدمة المعهد الإعلامية، يجمع النظام بين الخلايا الشمسية والخلايا الكهروضوئية وتقنية التبريد الإشعاعي النهاري السلبي.

وفي بيان صحفي صادر عن معهد كارلسروه الألماني للتكنولوجيا بتاريخ 14 أغسطس/آب 2026، أعلنت مجموعة بحثية بقيادة غان هوانغ عن تطوير نظام هجين قادر على توليد الكهرباء والحرارة والتبريد في وقت واحد على سطح واحد، مستفيدا من حرارة الشمس وبرودة الفضاء الخارجي.

ويعتمد النظام على طبقة تبريد شفافة مصنوعة من مادة السيليكا ومادة بولي داي ميثيل سيلوكسان، وتسمح هذه الطبقة بمرور الضوء بينما تطلق الحرارة نحو الفضاء عبر ما يُعرَف بالنافذة الجوية.

والنافذة الجوية هي آلية فيزيائية طبيعية تسمح للسطح على الأرض بأن يتخلص من حرارته مباشرة إلى الفضاء الخارجي دون أن يعيق الغلاف الجوي هذه العملية. إذ يوجد نطاق معيَّن من الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء (بين 8 و13 ميكرومتر تقريبا) يكون فيه الغلاف الجوي شفافا جدا للحرارة، ولا يمتص الحرارة الصادرة من السطح. وعندما يصدر السطح حرارة ضمن هذا النطاق، فإنها تمر عبر الغلاف الجوي وتذهب مباشرة إلى الفضاء، مما يؤدي إلى تبريد طبيعي دون استهلاك طاقة أو كهرباء، فتخرج الحرارة مباشرةً إلى الفضاء وكأن هناك "نافذة مفتوحة" تسمح بخروجها.

وجود طبقة التبريد المصنوعة من السيليكا (مع مادة اسمها بولي داي ميثيل سيلوكسان) مهم في هذا النظام الهجين لأنها مصممة خصيصا لإطلاق الحرارة ضمن ذلك النطاق، مما يسمح لها بأن تبقى باردة نهارا رغم وجود الشمس، وتوفر تبريدا طبيعيا دون كهرباء، بينما تعمل الخلايا الشمسية تحتها على إنتاج الكهرباء والحرارة.

وتوضح مجلة سيل ريبورتس فيزيكال ساينس أن هذه الطبقة تتيح تبريدا طبيعيا دون استهلاك طاقة، بينما تركِّز عدسة فريسنل ضوء الشمس على مجمِّع شمسي صغير لإنتاج الحرارة ويوجد مجمِّع كهروضوئي حراري لإنتاج الكهرباء.

وأظهر النموذج الأولي قدرة على تحقيق تبريد بلغ 6,5 درجات مئوية أقل من حرارة الهواء المحيط، وإنتاج 60,6 واط/م² من الكهرباء، وبلوغ 110,8 درجات مئوية للحرارة.

ويقول إيفان ألبرتو كروز غارسيا، الباحث في معهد هندسة البُنى الدقيقة، إن الفصل بين منطقة التبريد ومنطقة التسخين كان التحدي الأكبر.

ويصف غان هوانغ النظام بأنه يجمع "النار والثلج"، إذ يلتقط أشعة الشمس لإنتاج الطاقة، بينما يطلق الحرارة نحو الفضاء لتوفير التبريد. ويشير إلى أن التقنية قد تكون مثالية لتطبيقات مثل مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي التي تحتاج إلى طاقة عالية وتبريد مستمر.

شارك في الدراسة البروفيسور شانهوِي فان من جامعة ستانفورد، أحد أبرز خبراء التبريد الإشعاعي النهاري السلبي. وتؤكد الورقة العلمية أن الجمع بين الشمس والفضاء يمهد لظهور جيل جديد من أسطح مبانٍ متعددة الوظائف.