ألواح الطاقة الشمسية.. كيف بدأ الحلم قبل 140 عامًا؟
بدأت قصة الألواح الشمسية على سطح أحد المباني في نيويورك خلال ثمانينيات القرن التاسع عشر، واستمرت في التطور حتى وصلت إلى رحلتها الأولى إلى الفضاء عام 1958، بحسب تقرير على موقع “الأطلس الجديد“.
في عام 1884، بدأ تشارلز فريتش في تركيب أول لوحة كهروضوئية شمسية على إطار خشبي على سطح مبنى في مدينة نيويورك. استخدم فريتش السيلينيوم المغطى بطبقة رقيقة من الذهب، وحققت اللوحة كفاءة أقل من 1% في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، ووصف التيار الذي تولده بأنه “مستمر وثابت وقوي”.
فشل فريتش… بعد التجربة الأولى
لم يكن مشروع فريتش ناجحًا، لأن الذهب والسيلينيوم لم يكونا متوفرين بأسعار معقولة، مما جعل الإنتاج التجاري غير ممكن.
وبعد عشرين عامًا، تقدم المخترع الكندي جورج كوفي بعدد كبير من براءات الاختراع في مجالات مختلفة، وقام بتطوير “مولد شمسي” باستخدام مادة شبه موصلة قريبة من السيليكون، والتي تستخدم في الألواح الشمسية اليوم.
كما قدم كوف بطارية لتخزين الطاقة، لكن الانتقادات الموجهة لبعض أعماله أضرت بسمعته، وواجهت أعماله صعوبات كبيرة تسببت في توقف الابتكارات الشمسية حتى عام 1911.
في عام 1918، اكتشف الكيميائي البولندي يان كوزرالسكي طريقة لتنمية بلورات مفردة تستخدم في الألواح الشمسية، وهو الاكتشاف الذي لا يزال يستخدم في 90% من الأجهزة الإلكترونية اليوم.
ثورة السيليكون.. أول تطبيق فضائي
ظلت الطاقة الشمسية في الظل حتى عام 1954، عندما قام علماء مختبرات بيل جيرالد بيرسون وكالفن فولر وديريل تشابين بتطوير أول خلية شمسية عملية من السيليكون بكفاءة تحويل تبلغ 6%، وهي قفزة هائلة على خلايا القرن السابق.
استند هذا التطور على تقنية السيليكون البلوري التي ابتكرها كوزرالسكي.
كان أول تطبيق رئيسي للألواح الشمسية في عام 1958 مع إطلاق القمر الصناعي فانغارد 1، والذي أصبح أول جسم يعمل بالطاقة الشمسية في الفضاء.
لا يزال مسبار فانغارد 1 يدور حول الأرض حتى يومنا هذا، على الرغم من أنه أرسل آخر بياناته في عام 1964 بعد عملية استمرت ست سنوات.
الطاقة الشمسية.. الانتشار والتطور
وفي حين كانت الابتكارات التكنولوجية الكبرى نادرة بين الستينيات والثمانينيات، بدأت الألواح الشمسية تنتشر ببطء، وخاصة في المناطق النائية حيث لم تكن الكهرباء متاحة.
وقد بدأت تطبيقات مختلفة في استخدام الطاقة الشمسية، مثل أبراج الراديو، ومحطات الأرصاد الجوية، ومضخات الري، والتي ساعدت في توفير الكهرباء للقرى النائية في البلدان النامية.
في عام 1989، تم تطوير خلايا متعددة الوصلات، وهي عبارة عن طبقات رقيقة من مواد مختلفة لالتقاط المزيد من الطاقة من الشمس، مما يجعلها الألواح الأكثر كفاءة حتى الآن.
في عام 2006، حقق الباحثون كفاءة تصل إلى 46% باستخدام الخلايا متعددة الوصلات. ومع ذلك، ظلت هذه الخلايا باهظة الثمن واستُخدمت في المقام الأول في تطبيقات الفضاء مثل محطة الفضاء الدولية.
البيروفسكايت: ألواح شمسية ذات وجهين
لقد أدى البيروفسكايت، وهو نوع من المعادن الذي يتمتع ببنية بلورية محددة تشبه بنية معدن البيروفسكايت، إلى مزيد من التحسينات في كفاءة الألواح الشمسية.
تتمتع البيروفسكايتات بقدرة فائقة على امتصاص الضوء وتحويله إلى كهرباء بفضل بنيتها البلورية الفريدة.
تمكنت خلايا البيروفسكايت من تحقيق كفاءة تزيد عن 30% عند دمجها مع طبقات السيليكون، مما يجعلها منافسًا قويًا للمواد الأخرى في صناعة الألواح الشمسية.
أصبحت الألواح الشمسية ذات الوجهين شائعة أيضًا، حيث يمكنها التقاط ضوء الشمس من كلا الجانبين، وتُستخدم بشكل أساسي في محطات الطاقة الشمسية الكبيرة.
في بعض الأحيان، يتم تركيب هذه الألواح على الأسطح العاكسة لزيادة امتصاص الضوء.
استدامة الطاقة الشمسية وتخزينها
إن الألواح الشمسية الحديثة مصممة لتدوم من 25 إلى 30 عامًا، ولكن حتى في هذه الحالة فإنها تفقد حوالي 1% من قدرتها على توليد الطاقة كل عام. وتعتبر تقنيات تخزين الطاقة الشمسية ضرورية لجعلها مصدرًا موثوقًا للطاقة على مدار الساعة، وتستمر التكنولوجيا في التقدم لتلبية هذه الحاجة بشكل أكثر فعالية.
هذا المقال الألواح الشمسية.. كيف بدأ الحلم قبل 140 عاماً؟ ينشر لأول مرة على موقع الوئام.
لمطالعة المزيد: موقع السفير وللتواصل تابعنا علي فيسبوك الدبلوماسي اليوم و يوتيوب الدبلوماسي اليوم.
