بدأت قصة ألواح الطاقة الشمسية من سطح مبنى في نيويورك خلال ثمانينيات القرن التاسع عشر، وتواصل تطورها حتى وصلت إلى أول رحلة لها إلى الفضاء في العام 1958، وفق تقرير بموقع “New Atlas“.
في عام 1884، بدأ تشارلز فريتش تركيب أول لوحة شمسية ضوئية على إطار خشبي فوق سطح مبنى في مدينة نيويورك. استخدم فريتش مادة السيلينيوم مغطاة 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.. ما بعد التجربة الأولى
لم يحقق مشروع فريتش النجاح المنشود، بسبب عدم توفر الذهب والسيلينيوم بأسعار مناسبة، مما جعل الإنتاج التجاري غير مجدٍ.
وبعد 20 عامًا، قدم المخترع الكندي جورج كوف براءات اختراع عديدة في مجالات متنوعة، وطور “مولد كهرباء شمسيًا” باستخدام مادة شبه موصلة قريبة من السيليكون، الذي يُستخدم اليوم في الألواح الشمسية.
كما قدم كوف بطارية لتخزين الطاقة، ولكن انتقادات لبعض تصرفاته أضرت بسمعته، وواجهت أعماله صعوبات جمة تسببت في توقف الابتكارات الشمسية حتى عام 1911.
وفي عام 1918، اكتشف الكيميائي البولندي يان كوزهرالسكي طريقة لزراعة بلورات أحادية تُستخدم في الألواح الشمسية، وهو اكتشاف لا يزال مستخدمًا في 90% من الإلكترونيات اليوم.
ثورة السيليكون.. أول تطبيق فضائي
ظل مجال الطاقة الشمسية في الظل حتى عام 1954، عندما طور العلماء في مختبرات بيل، جيرالد بيرسون وكالفين فولر وداريل تشابين، أول خلية شمسية عملية من السيليكون بكفاءة تحويل تصل إلى 6%، وهي قفزة كبيرة مقارنةً بخلايا القرن الماضي.
اعتمد هذا التطور على تقنية السيليكون البلوري التي أرسى أسسها كوزهرالسكي.
أول تطبيق رئيسي للألواح الشمسية كان في عام 1958 مع إطلاق القمر الصناعي فanguard I، الذي أصبح أول جسم يعمل بالطاقة الشمسية في الفضاء.
لا يزال فanguard I يدور حول الأرض حتى اليوم، رغم أنه أرسل آخر بياناته في عام 1964 بعد تشغيل دام ست سنوات.
الطاقة الشمسية.. الانتشار والتطور
وبينما كانت الابتكارات التكنولوجية الكبرى نادرة بين الستينيات والثمانينيات، بدأت الألواح الشمسية بالانتشار ببطء، خاصة في المناطق النائية، حيث كانت الكهرباء غير متاحة.
وبدأت تطبيقات متنوعة في استخدام الطاقة الشمسية مثل الأبراج الإذاعية، ومحطات الأرصاد الجوية، ومضخات الري، مما ساعد في توفير الكهرباء للقرى النائية في البلدان النامية.
وفي عام 1989، تم تطوير خلايا متعددة التقاطعات، التي تقوم بتكديس طبقات رقيقة من مواد مختلفة لالتقاط المزيد من الطاقة من الشمس، مما يجعلها الألواح الأكثر كفاءة حتى الآن.
وفي عام 2006، حقق الباحثون كفاءة تصل إلى 46% باستخدام خلايا متعددة التقاطعات. ومع ذلك، ظلت هذه الخلايا باهظة الثمن وتستخدم أساسًا في تطبيقات الفضاء مثل محطة الفضاء الدولية.
البيروفيسكايت.. الألواح الشمسية ذات الواجهتين
قادت مادة البيروفيسكايت، وهي نوع من المواد المعدنية التي تمتاز بتركيب بلوري محدد يشبه هيكل معدن البيروفيسكايت، إلى تحسينات إضافية في كفاءة الألواح الشمسية.
البيروفيسكايت لديها قدرة فائقة على امتصاص الضوء وتحويله إلى كهرباء بفضل هيكلها البلوري الفريد.
تمكنت خلايا البيروفيسكايت من تحقيق كفاءة تفوق 30% عند دمجها مع طبقات السيليكون، مما يجعلها منافسًا قويًا للمواد الأخرى في صناعة الألواح الشمسية.
كما أصبحت الألواح الشمسية ذات الواجهتين شائعة، حيث يمكنها التقاط ضوء الشمس من الجانبين، وتُستخدم بشكل رئيسي في محطات الطاقة الشمسية الكبيرة.
في بعض الأحيان، يتم تركيب هذه الألواح فوق الأسطح العاكسة لزيادة امتصاص الضوء.
استدامة الطاقة الشمسية وتخزينها
وتُصمم الألواح الشمسية الحديثة لتدوم من 25 إلى 30 عامًا، ولكن حتى بعد ذلك، تفقد حوالي 1% من قدرتها على توليد الطاقة سنويًا. وتعتبر تقنيات تخزين الطاقة الشمسية أساسية لجعلها مصدرًا موثوقًا للطاقة على مدار الساعة، وتستمر التكنولوجيا في التقدم لتلبية هذه الحاجة بشكل أكثر فعالية.
المصدر: صحيفة الوئام السعودية
