الفهرس
مقدمة
تعد الطاقة الشمسية من أقدم الطاقات المستخدمة في العالم وتشكل اليوم جزءاً كبيراً من مصادر الطاقة المتجددة النظيفة والأكثر انتشاراً بالمقارنة مع المصادر الأخرى. ولكن كيف ومتى بدأ استخدام الطاقة الشمسية؟ إليكم هذا المقال عن تاريخ الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
متى تم استخدام الطاقة الشمسية لأول مرة؟
يمكن القول أنه تم استخدام الطاقة الشمسية لأول مرة من قبل البشر في القرن السابع قبل الميلاد حيث تم استخدام العدسات المكبرة لتركيز الإشعاع الشمسي وإشعال النار، كما استخدمها الرومان واليونانيون في القرن الثالث قبل الميلاد لإشعال المشاعل أثناء طقوسهم الدينية عن طريق المرايا، وأصبح يطلق على هذه المرايا لاحقاً باسم “مرايا الاحتراق”. كما أظهرت بعض الوثائق الصينية استخدام هذه المرايا العام 20 بعد الميلاد.
تعد الغرف الشمسية – sunrooms أحد أقدم الاستخدامات للطاقة الشمسية والتي ماتزال مستخدمة حالياً، حيث يكون السقف في الغرفة عبارة عن مجموعة من النوافذ التي تقوم بتركيز الإشعاع الشمسي نحو منطقة واحدة مثل الحمامات الرومانية القديمة.
كما قررت بعض قبائل سكان أمريكا الأصليين مثل Anasazi أن تستوطن في الجنوب على المنحدرات لالتقاط دفئ الإشعاع الشمسي في أشهر الشتاء الباردة.
نجح الباحثون أيضاً في أواخر القرنين الثامن عشر والتاسع عشر باستخدام الإشعاع الشمسي لتشغيل الأفران في الرحلات البحرية الطويلة كما استخدموا الطاقة الشمسية لتشغيل قوارب بخارية.
كل هذا يبين أن الطاقة الشمسية تم تسخيرها واستخدامها عبر التاريخ بأشكال عديدة ومختلفة وحتى وقتنا الحالي حيث تعد أكبر مصادر الطاقة الكهربائية عند التفكير بالطاقة المتجددة.
تاريخ الطاقة الشمسية الكهروضوئية
إن تطور الألواح الكهروضوئية هو نتاج عمل مستمر لسنوات طويلة ومساهمات من علماء مختلفين عبر التاريخ، ويعد تحديد تاريخ صناعة الخلايا الكهروضوئية ومكتشفها من الأمور المثيرة للجدل. و يعتقد الكثيرون أن الفضل يعود للعالم إدموند بيكيريل وهو فيزيائي فرنسي لاحظ أنه يمكن لبعض المواد أن تنتج طاقة عند تسليط الضوء عليها وتأكد أنه كمية الطاقة الكهربائية المولدة من بعض الأقطاب الكهربائية الموضوعة في محلول موصل كهربائياً (كهرليت) تزداد عند تسليط الضوء على الأقطاب.
أثر هذا الاكتشاف الذي أطلق عليه لاحقاً اسم “التأثير الكهروضوئي” بشكل كبير على تطور الألواح الكهروضوئية خاصةً مع دخول عنصر السيلينيوم.
تطور الألواح الشمسية الكهروضوئية
في عام 1873، اكتشف العالم ويلوغبي سميث (Willoughby Smith) أن عنصر السيلينيوم يتمتع بقدرة توصيل كهروضوئية، وهذا الاكتشاف كان القاعدة التي بنى عليها كلاً من العلماء وليام غريلس ادامز (William Grylls Adams) وريتشارد ايفنز داي (Richard Evans Day) بحثهما الذي انتهى بتوصلهما لنتيجة أن السيلينيوم يقوم بتوليد الكهرباء عند تعرضه لأشعة الشمس وذلك في عام 1876.
وتم تصنيع أول خلية كهروضوئية من وايفر السيلينيوم من قبل تشارلز فريتز (Charles Fritts) في عام 1883 ولهذا السبب يقوم العديد من المؤرخين بإيعاز الفضل في اختراع الخلايا الشمسية للعالم تشارلز.
تصنع الخلايا الكهروضوئية اليوم من السيليكون وليس السيلينوم ولذلك يعتقد البعض أنه يجب اعتبار الفضل في اختراع الألواح الكهروضوئية يعود إلى كلاً من داريل تشابن (Daryl Chapin) وكالفن فيولر (Calvin Fuller) وجيرالد بيرسون (Gerald Pearson) حيث قاموا بصناعة لوح كهروضوئي يقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وقادر على تشغيل جهاز كهربائي لبضع ساعات خلال النهار، وذلك في عام 1954.
وكانت كفاءة تحويل الخلايا السيليكونية الأولى تقدر بـ 4% وهذا يعادل أقل من ربع كفاءة الخلايا في يومنا الحالي.
بعض الأحداث المهمة في تاريخ الطاقة الشمسية الكهروضوئية
الألواح الشمسية الكهروضوئية في الفضاء الخارجي
بدأ استخدام الألواح الكهروضوئية في الفضاء الخارجي، ففي عابدأ استخدام الألواح الكهروضوئية في الفضاء الخارجي، ففي عام 1958، كان القمر الاصطناعي فانغارد 1 (Vanguard I) أول قمر صناعي يغادر الأرض وهو يحمل لوحاً كهروضوئياً بقدرة 1 واط لتغذية جهاز الراديو الخاص به. وتم لاحقاً في العام نفسه ارسال أقمار أخرى مثل فانغارد 2 (Vanguard II) واكسبلورر 3 (Explorer III) وسبوتنيك 3 (Sputnik-3) وكلها زودت بألواح كهروضوئية. وفي عام 1964 أرسلت وكالة ناسا الفضائية (NASA) مكوك نيمبوس (Nimbus I) أول قمر اصطناعي يعمل بشكل كامل على الطاقة المولدة من الألواح الكهروضوئية حيث تم تزويده بشبكة ألواح بقدرة 470 واط. لاحقاً في عام 1966، أطلقت وكالة ناسا أول مرصد فلكي يدور حول الأرض في العالم ويتم تغذيته بألواح بقدرة 1 كيلوواط..
أول منزل مزود بالكهرباء من الألواح الكهروضوئية
قامت جامعة ديلاوير (Delaware) في عام 1973 ببناء أول منزل يعمل بالطاقة الكهروضوئية وأطلقت عليه اسم سولار وان (Solar One)، وكان النظام هجيناً مؤلفاً من طاقة مولدة من ألواح كهروضوئية بالإضافة إلى طاقة شمسية حرارية، ولم تكن الألواح في هذا المنزل مركبة بجانبه بل كان مدمجة بسطح المنزل بشكل يشبه قطع قرميد تسلا المنتشرة حالياً.
تغير كفاءة تحويل الطاقة عبر تاريخ الطاقة الشمسية الكهروضوئية
تمتعت الخلايا الأولى بكفاءة تحويل تقدر بـ 4% ولكن مع الوقت والدراسات العديدة ارتفعت الكفاءة فبين عامي 1957 و1960 قامت شركة هوفمان للالكترونيات (Hoffman Electronics) بعدة إنجازات في كفاءة الخلايا حيث وصلت منتجاتهم إلى خلايا بكفاءة 14%.
توالت الإنجازات بعد ذلك حيث توصلت جامعة والس الجنوبية (University Of South Wales) في عام 1985 إلى خلايا سيليكونية بكفاءة 20%.
تغيرت كفاءة الخلايا الكهروضوئية مع الوقت و ذلك مع ازدياد الأبحاث بهدف تطوير الخلايا الكهروضوئية ومع ظهور تقنيات رفع الكفاءة للخلايا الكهروضوئية مثل خلايا بيرك – PERC Cells، وتقنية أنصاف الخلايا – Half cut cells وغيرها. و وصلت بعض الخلايا الكهرضوئية لكفاءة تحويل مخبرية تقدر بـ 34.5%.
تغير تكلفة الطاقة الشمسية الكهروضوئية مع الوقت
انخفضت مع الوقت أسعار الألواح الكهروضوئية بشكل كبير وخاصة في الأعوام الأخيرة مما شجع المستهلكين على شراء الألواح الكهروضوئية واستخدامها في تأمين احتياجهم من الكهرباء في المنازل او المنشآت الصناعية او التجارية وغيرها.
فكانت الألواح الكهروضوئية تكلف في عام 1956 حوالي 300$ للواط الواحد بينما تكلف اليوم 0.20$ للواط الواحد، كمان أنه منذ عام 1980 فإن أسعار الألواح الكهروضوئية تنخفض بنسبة 10% سنوياً.
إن انخفاض تكاليف الألواح الكهروضوئية ساهم بشكل كبير في انخفاض تكاليف الطاقة الكهربائية المنتجة بواسطة الألواح فكان أيضاً من العوامل المشجعة للمستهلكين للاعتماد عليها كبديل لمصادر الطاقة التقليدية.
خلاصة
لطالما كانت الشمس مصدر الحياة على الأرض وسبباً رئيسياً في استمرارها كون كل الكائنات تحتاجها للبقاء، وهي اليوم تعد مصدراً أساسياً في عملية الاستغناء عن مصادر الطاقة التقليدية والتوجه نحو الطاقة النظيفة مما يساهم في تقليل الانبعاثات الكربونية وحماية الأرض واستمرار الحياة عليها.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
