اليوم، الطاقة الشمسية الكهروضوئية لم تعد هذه التكنولوجيا مقتصرة على المشاريع واسعة النطاق بل أصبحت تقنية شائعة بشكل متزايد. يتم استخدامه في كل من التطبيقات المحلية والتجارية، وكان تطوره سريعًا وثابتًا على مر السنين. تسعى هذه المقالة إلى استكشاف كيفية تطورها من أصولها إلى أن تصبح حلاً للطاقة قابلاً للتطبيق عالميًا.
الاستفادة من طاقة شمسية إنه ليس شيئًا جديدًا، ولكن تطور التكنولوجيا التي نعرفها اليوم بالألواح الشمسية الكهروضوئية له تاريخ رائع، مليء بالمعالم الهامة على مر الزمن.
بدايات الطاقة الشمسية الكهروضوئية: التأثير الكهروضوئي
يبدأ تاريخ الطاقة الشمسية الكهروضوئية في عام 1839، عندما قام الفيزيائي الفرنسي ألكسندر إدموند بيكريل اكتشف التأثير الكهروضوئي أثناء تجربته مع خلية التحليل الكهربائي. لاحظ بيكريل أنه عند تعريض بعض المواد للضوء، يتولد تيار كهربائي.
كان هذا الاكتشاف بمثابة بداية لطريقة جديدة للاستفادة منها انيرجيا الشمسيةولكن التطوير العملي لهذه التكنولوجيا سيستغرق سنوات عديدة للوصول. وفي العقود التالية، ساعدت تجارب مختلفة على تعزيز فهم هذه الظاهرة، ولكن كان من الضروري إجراء المزيد من التطورات.
المحاولات الأولى: خلية السيلينيوم الشمسية
الحدث الرئيسي التالي في تاريخ الطاقة الشمسية الكهروضوئية حدث في 1883، عندما المخترع الأمريكي تشارلز فريتس طور أول خلية شمسية باستخدام السيلينيوم كمادة شبه موصلة وبطبقة رقيقة من الذهب. ومع ذلك، نظرًا لكفاءتها المنخفضة (1٪ فقط) والتكلفة العالية، لم تكن هذه الخلايا صالحة لتوليد الكهرباء على نطاق واسع، واقتصرت على استخدامات مثل أجهزة استشعار الضوء في الكاميرات.
على الرغم من هذه القيود، وضع اختراع فريتس الأساس للتطورات المستقبلية، وتبع عمله علماء آخرون مهتمون بتحسين كفاءة الخلايا الشمسية.
ثورة السيليكون وأول خلية شمسية حديثة
En 1946، العالم راسل اوهل حصل على براءة اختراع لأول خلية شمسية من السيليكون، وهي المادة التي ستصبح المعيار في صناعة الخلايا الكهروضوئية. ومع ذلك، كان في العام 1954 عندما مختبرات بيل لقد طوروا أول خلية شمسية فعالة حقًا، تعتمد أيضًا على السيليكون. وتمكنت هذه الخلايا من تحويل 6% من ضوء الشمس إلى كهرباء، وهو ما شكل فرقاً كبيراً مقارنة بالنماذج السابقة.
والأهم من ذلك، أن هذا التحسن في الكفاءة جعل من الممكن استخدام الخلايا الشمسية في التطبيقات العملية، بدءًا من صناعة الفضاء. تم إرسال أول الأقمار الصناعية التي تعمل بالطاقة الشمسية إلى الفضاء في الخمسينيات من القرن الماضي، مع القمر الصناعي الأمريكي الطليعة أنا كرائدة في هذا المجال.
ظهور الطاقة الشمسية في صناعة الفضاء
خلال الستينيات، وجدت الخلايا الشمسية مكانها في العالم سباق الفضاءحيث لم تكن التكلفة عاملاً مقيدًا. تحتاج المركبات الفضائية والأقمار الصناعية إلى مصدر طاقة موثوق وطويل الأمد، وكانت الألواح الشمسية هي الخيار الأمثل. استخدمت كل من الولايات المتحدة والاتحاد السوفييتي الطاقة الشمسية في برامجهما الفضائية.
أول قمر صناعي للطاقة الشمسية كان الطليعة 1تم إطلاقه في عام 1958. وعلى الرغم من أنه كان قمرًا صناعيًا صغيرًا، إلا أن تطبيق تكنولوجيا الطاقة الشمسية كان ناجحًا، ومنذ ذلك الحين أصبح المعيار القياسي للأقمار الصناعية.
الاستخدام التجاري للطاقة الشمسية الكهروضوئية
على الرغم من النجاح الذي حققته الخلايا الشمسية في الفضاء، ظلت تكلفة الخلايا الشمسية تشكل عائقًا كبيرًا أمام اعتمادها تجاريًا على الأرض. في عام 1956، كان سعر الواط الواحد من الخلية الشمسية حوالي 300 دولار، مما جعل استخدامها في الشبكات الكهربائية التقليدية غير ممكن.
كان ذلك خلال أزمة النفط في السبعينيات عندما بدأت التقنيات البديلة، بما في ذلك الطاقة الشمسية، تكتسب الاهتمام على مستوى الأعمال والحكومة. وارتفعت أسعار النفط، مما عزز الاستثمار في تكنولوجيا الطاقة الشمسية. وشيئًا فشيئًا، بدأت الأبحاث والتطوير في هذا المجال في تقليل التكاليف وزيادة كفاءة الألواح الشمسية.
ظهور سوق الاستهلاك الذاتي
لم يتم استخدام الطاقة الشمسية فقط في المشاريع الكبيرة أو في صناعة الفضاء. في 1970وتم إطلاق أول جهاز منزلي مزود بلوحة شمسية صغيرة في الأسواق، وبدأ تركيب بعض النماذج في المنازل والمزارع لتوليد الكهرباء. إن تطوير لوحات أكثر كفاءة وأرخص ثمناً جعلها متاحة لـ الاستهلاك الذاتي المنزلي.
صناعة الطاقة الكهروضوئية واستمرت في التقدم، وبدءًا من الثمانينيات، انخفضت أسعار الألواح الشمسية بشكل أكبر بفضل زيادة الإنتاج وتحسين التكنولوجيا. جعلت هذه التخفيضات في التكاليف تركيبات الطاقة الشمسية متاحة بشكل متزايد لعامة الناس.
أزمة الطاقة وتأثيرها على الطاقة الشمسية
من أهم الأحداث التي عززت الطاقة الشمسية عالمياً كانت أزمة الطاقة في السبعينيات، وارتفاع أسعار الطاقة الشمسية الوقود الأحفوري والمخاوف بشأن أمن الطاقة دفعت الحكومات والمؤسسات إلى التطلع إلى مصادر الطاقة المتجددة. وفي هذا السياق، بدأت الطاقة الشمسية الكهروضوئية تحظى بمزيد من الاهتمام والدعم من خلال الحوافز والإعانات الحكومية.
بين الثمانينيات والتسعينيات، أدى إدخال أنظمة الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة إلى جعل التركيبات واسعة النطاق ممكنة. كان هذا بمثابة بداية حقبة جديدة للخلايا الكهروضوئية، وتوسيع نطاق تطبيقها ليشمل قطاعات مثل الزراعة والصناعة والنقل.
لماذا أصبحت الطاقة الشمسية شائعة؟
ومنذ ذلك الحين، الطاقة الشمسية الكهروضوئية استمرت في تحقيق نمو هائل بفضل مزاياها المهمة:
- هل مصدر للطاقة النظيفة والمستدامة، والتي لا تولد انبعاثات ثاني أكسيد الكربون2.
- El سعر الألواح الشمسية انخفضت بشكل كبير، مما يجعلها في متناول المزيد من المستهلكين.
- اللوائح والقوانين التي تعزز استهلاك الذاتي و التعويض الفائض وقد عززت تعميمها.
وبفضل هذه العوامل، أصبح من الشائع اليوم العثور على منشآت الطاقة الشمسية في المنازل الخاصة والصناعات الصغيرة وأنظمة الاستهلاك الذاتي التي تولد الكهرباء دون الاعتماد بشكل حصري على الشبكة.
طوال تاريخها، تحولت الخلايا الكهروضوئية الشمسية من كونها فضولًا علميًا إلى جزء أساسي من نظام الطاقة العالمي. وقد أصبح هذا ممكنا بفضل مزيج من التقدم التكنولوجي وتخفيض التكاليف والتحول في العقلية العالمية نحو استخدام مصادر طاقة أنظف وأكثر استدامة.