في ظل التوجه العالمي المتسارع نحو الطاقة النظيفة والبحث عن حلول مبتكرة لتعظيم الاستفادة من الموارد المتجددة، نجح فريق من طلاب قسم هندسة الطاقة والطاقة المتجددة بالجامعة المصرية الصينية في تقديم مشروع تخرج متميز بعنوان “Optimal Design and Utilization of Concentrated Photovoltaics”، والذي يهدف إلى تطوير وتحليل أنظمة متقدمة للمجمعات الشمسية المركزة (CPV) لزيادة كفاءة إنتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية وتحسين الجدوى الاقتصادية لمنظومات الطاقة المتجددة.
ويعكس المشروع مستوى متقدمًا من التفكير الهندسي والبحث العلمي، حيث جمع بين التصميم الهندسي والمحاكاة والتحليل الفني والاقتصادي، بهدف تقييم أفضل الحلول المتاحة لتقنيات تركيز الطاقة الشمسية واختيار الأنظمة الأكثر كفاءة وملاءمة للتطبيقات المستقبلية.
واعتمد الفريق على دراسة وتصميم أربعة أنواع مختلفة من المجمعات الشمسية المتطورة، شملت المجمع الشمسي ذو المقطع (V-Trough)، والمجمع المركب (Compound V-Trough)، والمجمع المكافئ أحادي المحور (Parabolic Trough)، بالإضافة إلى الطبق المكافئ ثنائي المحاور (Parabolic Dish)، مع توظيفها ضمن أنظمة الخلايا الكهروضوئية المركزة (Concentrated Photovoltaics – CPV) بهدف زيادة كمية الإشعاع الشمسي الساقط على الخلايا وتعظيم إنتاج الطاقة الكهربائية.
وتميز المشروع بابتكار هندسي خاص في نظام الطبق المكافئ، حيث نجح الفريق في دمج المستقبل الشمسي مع وحدات كهروحرارية (Peltier Modules)، بما يسمح بتحويل جزء من الطاقة الحرارية المركزة مباشرة إلى طاقة كهربائية إضافية، إلى جانب تصميم نظام تبريد متكامل يضمن الحفاظ على كفاءة التشغيل وحماية المكونات من التأثيرات الحرارية المرتفعة الناتجة عن التركيز الشمسي.
ولتعزيز القيمة التطبيقية للمشروع، أجرى الفريق دراسة مقارنة شاملة بين مختلف تقنيات الطاقة الشمسية المركزة، تضمنت تحليل تأثير شكل المجمع الشمسي، ونوع الخلايا الكهروضوئية المستخدمة، ومتطلبات أنظمة التتبع الشمسي، وآليات التبريد، ومدى انعكاس كل ذلك على الأداء الفني والتكلفة الاقتصادية.
وأظهرت النتائج أن المجمعات ذات المقطع (V-Trough) توفر حلاً اقتصاديًا مناسبًا للتطبيقات الموزعة بفضل تكلفتها المنخفضة وعدم حاجتها لأنظمة تتبع معقدة، في حين حققت المجمعات المكافئة أحادية المحور مستويات أعلى من الكفاءة مع إمكانية الاستفادة من الطاقة الحرارية المصاحبة.
كما كشفت الدراسة أن الأنظمة المتقدمة مثل عدسات فريسنل والأطباق المكافئة ثنائية المحاور تمتلك قدرات تركيز استثنائية تصل إلى آلاف المرات مقارنة بالإشعاع الشمسي المباشر، وهو ما يتيح تحقيق أعلى معدلات إنتاج للطاقة، لكنه يتطلب في المقابل أنظمة تتبع دقيقة للغاية وحلول تبريد متطورة للتعامل مع الأحمال الحرارية المرتفعة.
وأكد الفريق أن اختيار النظام الأمثل لا يعتمد فقط على تحقيق أعلى كفاءة ممكنة، بل يتطلب موازنة دقيقة بين الأداء الفني والتكلفة الاقتصادية ومتطلبات التشغيل والصيانة، وهو ما يمثل أحد أهم التحديات في تصميم أنظمة الطاقة الشمسية المستقبلية.
وأشاد أعضاء لجنة المناقشة بالمستوى العلمي للمشروع ومنهجيته البحثية المتكاملة، مؤكدين أن الدراسة تمثل مرجعًا هندسيًا مهمًا لفهم وتقييم تقنيات الخلايا الكهروضوئية المركزة وإمكانية توظيفها في دعم التحول نحو الطاقة النظيفة وتحقيق الاستدامة.
وضم فريق المشروع الطلاب: فرح محمد، منة ممدوح، عمر محسن، مازن الوليد، محمد أشرف، محمد وليد، وعبدالرحمن أحمد، الذين نجحوا في تقديم نموذج متميز يجمع بين الابتكار الهندسي والتحليل الاقتصادي والرؤية المستقبلية لقطاع الطاقة.
كما خضع المشروع لتقييم أكاديمي من لجنة ضمت نخبة من الخبراء والأساتذة المتخصصين، وهم: الأستاذ الدكتور نبيل حسن، والأستاذ الدكتور أحمد مصطفى، والأستاذ الدكتور مازن محمد، والأستاذ المساعد الدكتور نورهان البحيري.
ويؤكد هذا الإنجاز قدرة طلاب الجامعة المصرية الصينية على مواكبة أحدث الاتجاهات العالمية في هندسة الطاقة المتجددة، وتقديم حلول تقنية واقتصادية تسهم في دعم خطط التنمية المستدامة وتعزيز الاعتماد على مصادر الطاقة النظيفة في مصر والمنطقة.
