الطاقة الشمسية في 2700 عام.. من إشعال النيران إلى توليد الكهرباء (صور)

يُعَد استعمال الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء النظيفة تتويجًا لمسيرة آلاف من السنين استغل فيها الإنسان هذا المصدر المتجدد عبر مجموعة واسعة من التقنيات الإبداعية.

وظل التقدم الذي تشهده تلك التقنية بطيئًا للغاية حتى سنوات قريبة، إلى أن توالت الطفرات والمنجزات التي ارتقت بتلك الصناعة، حتى أضحت ثالث أكبر مصدر لتوليد الكهرباء المتجددة، مستحوذةً على 3.1% من إجمالي الكهرباء العالمية، خلف طاقتي الرياح والمياه.

وبينما تؤدّي الطاقة الشمسية دورًا ديناميكيًا في اقتصاد الطاقة النظيفة في الوقت الحالي؛ هناك تاريخ طويل لا يمكن إغفاله للخلايا الشمسية التي أدخلت هذا المصدر النظيف لتوليد الكهرباء، حيز التنفيذ، حسبما أورد موقع "إنرجي ساج" energy sage.

وتتعين العودة إلى قرون مضت للبحث عن أصول الخلايا الشمسية، واستكشاف تاريخ الطاقة الشمسية وتقنية الطاقة الشمسية المصنعة من السيليكون.

أول استعمالات الطاقة الشمسية

نظريًا، استعمل الإنسان الطاقة الشمسية في بداية القرن السابع قبل الميلاد، وتحديدًا حينما استعان بضوء الشمس في إشعال النيران مستعملًا موادّ زجاجية مُكبرة، وفق معلومات جمعتها منصة الطاقة المتخصصة.

وفي القرن الثالث قبل الميلاد، نجح الإغريق (اليونانيون القدماء) والرومان في تسخير الطاقة الشمسية عبر مرايا تُستعمل لإضاءة المصابيح خلال أداء المراسم والطقوس الدينية.

وأصبحت تلك المرايا أداة طبيعية يُشار إليها باسم "المرايا المحترقة".

ثم وثقت الحضارة الصينية -لاحقًا- استعمال المرايا للغرض نفسه في عام 20 للميلاد.

ويبرز استعمال قديم للطاقة الشمسية ما زال معروفًا حتى الآن، وهو مفهوم "الغرف الشمسية" في المباني.

واشتمل تصميم الغرف الشمسية تلك على نوافذ لتوجيه ضوء الشمس داخل منطقة مركّزة.

يُشار إلى أن بعض الحمامات الرومانية الشهيرة، كانت هي نفسها غرفًا شمسية.

وفي عام 1200م، استغل أجداد الأمريكيين الأصليين في مقاطعة بويبلو بولاية كولورادو، المعروفون باسم أناسازي، ضوء الشمس في التدفئة عبر اللجوء إلى مساكن مواجهة لجهة الجنوب على المنحدرات لالتقاط دفء الشمس خلال أشهر الشتاء.

وفي أواخر عام 1700 و1800م، نجح الباحثون والعلماء في استعمال ضوء الشمس لتشغيل الأفران والمواقد خلال الرحلات الطويلة.

كما استفاد هؤلاء العلماء من الطاقة الشمسية في تسيير قوارب بخارية تعمل بالطاقة الشمسية.

اختراع الألواح الشمسية

تطلّبت مسألة تطوير الألواح الشمسية جهودًا حثيثة من قبل العلماء، لكن تبقى هناك شكوك حول التوقيت الذي اختُرعت فيه الألواح الشمسية، ومن يقف وراء هذا الإنجاز الثوري الكبير.

فالبعض ينسب اختراع الألواح الشمسية إلى العالم الفرنسي أدمون بيكريل، الذي رأى أن الضوء يمكنه زيادة معدلات توليد الكهرباء عند وضع قطبين كهربائيين معدنيين في محلول موصل للكهرباء.

وكان هذا الإنجاز الذي عُرف بـ"التأثير الكهروضوئي" مؤثرًا جدًا في التطورات اللاحقة التي حدثت مع عنصر السيلينيوم المُستعمل في تصنيع الألواح الشمسية.

وفي عام 1873م، اكتشف العالم الإنجليزي ويلوبي سميث، أن السيلينيوم لديه إمكانات ناقلة للطاقة الضوئية؛ ما قاد بدوره إلى اكتشاف آخر ذي صلة في عام 1876م على أيدي العالمين ويليام جريلز آدامز وريتشارد إيفانز، والخاص بقدرة هذا العنصر على توليد الكهرباء عند تعرضه لضوء الشمس.

وبعد سنوات قليلة، وتحديدًا في عام 1883م، اخترع تشارلز فريتس أولى خلايا شمسية مُصنعة من رقائق السيلينيوم؛ ما دفع العديد من المؤرّخين إلى نسب اختراع الخلايا الشمسية إلى هذا العالم.

ومع ذلك تُصنع معظم الألواح الشمسية في الوقت الحالي من السيليكون، وليس السيلينيوم؛ ما جعل البعض الآخر ينسب اخترع تلك الأدوات المُصعنة من تلك المادة إلى داريل تشابين وكالفن فولر وجيرالد بيرسون في مختبرات بيل في عام 1954.

ويعزو هؤلاء رأيهم إلى أن تلك كانت هي المرة الأولى التي يمكن لتقنية الطاقة الشمسية أن تشغّل جهازًا كهربائيًا لساعات عديدة يوميًا.

يُذكر أن أول خلية شمسية من السيليكون كانت قادرة على تحويل ضوء الشمس بكفاءة تصل إلى 4%، أي بأقل من رُبع كفاءة الخلايا الحديثة.

أحداث فارقة في تاريخ الطاقة الشمسية

ثمة أحداث رئيسة مثّلت نقلة نوعية في تاريخ صناعة الطاقة الشمسية وجدواها بوصفها مصدرًا نظيفًا ومستدامًا لتوليد الكهرباء المتجددة، وهي كالتالي:

1- الألواح الشمسية في الفضاء الخارجي

برز الفضاء الخارجي ضمن المجالات المهمة لاستعمال تقنية الطاقة الشمسية، فقد استُعملت هذه الطاقة في تشغيل الأقمار الصناعية.

وفي عام 1958، استعمل القمر الصناعي فانغارد 1 لوحة شمسية صغيرة لا تتجاوز سعتها 1 واط لتشغيل أجهزة الراديو الخاصة به.

وفي وقت لاحق من العام نفسه، أُطلقت الأقمار الصناعية فانغارد 2، وإكسبلورر 3، وسبوتنيك-3، وعلى متنها تقنية الطاقة الشمسية.

وفي عام 1964، أطلقت ناسا أول مركبة فضائية تحمل القمر "نيمبوس"، وهو قمر صناعي قادر على العمل بمصفوفة شمسية سعتها 470 واط.

وفي عام 1966، أطلقت ناسا -أيضًا- أول مرصد فلكي يعمل بمصفوفة شمسية لا تتجاوز سعتها 1 كيلوواط.

2- أول مسكن بالطاقة الشمسية

في عام 1973 تولّت جامعة ديلاوير الأميركية مسؤولية بناء أول مبنى يعمل بالطاقة الشمسية ويحمل اسم "سولار وان".

ويعمل المبنى على إمداد مزيج من الطاقة الشمسية الحرارية والطاقة الشمسية الكهروضوئية.

وكان المبنى بمثابة أول مثال على تصنيع الخلايا الكهروضوئية المتكاملة "بي آي بي في" (BIPV)، وهي مصفوفة لم تستعمل الألواح الشمسية، ولكن كانت لديها طاقة شمسية مدمجة على الأسطح.

3- إنجازات في كفاءة تحويل الطاقة الشمسية

خلال المدة بين عامي 1957 و1960، حققت مجموعة هوفمان إلكترونيكس عددًا من الطفرات في كفاءة الطاقة الشمسية الكهروضوئية؛ ما حسّن كفاءتها من 8% إلى 14%.

ثم جاء الإنجاز التالي الكبير في عام 1985 عندما حققت جامعة ساوث ويلز كفاءة نسبتها 20% في الألواح الشمسية المصنعة من السيليكون.

وفي عام 1999، تعاون المختبر الوطني للطاقة المتجددة مع سبيكترو لاب في تصنيع خلايا شمسية بنسبة كفاءة تلامس 33.3%.

وأخيرًا، كسر العلماء في جامعة ساوث ويلز هذا الرقم القياسي مجددًا في عام 2016، عندما عززوا نسبة الكفاءة إلى 34.5%.

4- طائرات تعمل بالطاقة الشمسية

في عام 1981، بنى مهندس الطيران الأميركي بول ماكريدي، أول طائرة تعمل بالطاقة الشمسية تحمل اسم "سولار تشالينجر"، ونجح في أن يعبر بها القنال الإنجليزي من فرنسا إلى المملكة المتحدة.

وفي عام 1988، حلّقت طارة "باثفايندر" العاملة بالطاقة الشمسية، التي يُتَحكَّم فيها عن بُعد، على ارتفاع قياسي بعد وصولها إلى 80 ألف قدم.

ثم كسرت ناسا هذا الرقم القياسي في عام 2001، عندما حلّقت طائرتها على ارتفاع 96 ألف قدم.

وفي عام 2016، أكمل السويسري برتران بيكار، أول رحلة طيران خالية من الانبعاثات حول العالم بطائرة شمسية هي الأكبر والأقوى في العالم، وتحمل اسم "سولار إمبالز 2".

5- مقار رئاسية بالطاقة الشمسية

في عام 1979، امتلك الرئيس الأميركي السابق جيمي كارتر، ألواحًا شمسية مُركّبة على البيت الأبيض إبان مدة رئاسته.

ومع ذلك، أمر الرئيس الأميركي رونالد ريغان، في عام 1981، بإزالة الألواح الشمسية من البيت الأبيض.

وفي عام 2010، طالب الرئيس الأميركي باراك أوباما، بتركيب ألواح شمسية وسخان شمسي على البيت الأبيض، وذلك إبان مدته الرئاسية الأولى.

الطاقة الشمسية في 2022

استمرت سوق الطاقة الشمسية العالمية في تسجيل معدلات نمو متزايدة، خلال العام الماضي (2022)، مع إضافة 243 غيغاواط من التركيبات الجديدة، بزيادة 61 غيغاواط عن العام السابق (2021)، وهي أكبر زيادة في السعة السنوية، سُجِّلَت على الإطلاق.

ولامست السعة التراكمية العالمية للطاقة الشمسية قرابة 1185 غيغاواط، متخطية مستوى تيراواط واحد، بحسب ما ورد في تقرير الحالة العالمية لمصادر الطاقة المتجدّدة لعام 2023، الصادر عن شبكة سياسات الطاقة المتجددة للقرن الـ21 (آر إن إي 21).

وأسهمت الطاقة الشمسية بنحو 6.2% من توليد الكهرباء في العالم في عام 2022، بزيادة من 5% في عام 2021.

واعتمدت دول كثير على هذه الطاقة المتجددة النظيفة لتلبية حصة كبيرة من طلبها على الكهرباء.

موضوعات متعلقة..

• سوق الطاقة الشمسية الكهروضوئية تسجل نموًا قويًا في 2022 (تقرير)
• الفرق بين الطاقة الشمسية المركزة والطاقة الكهروضوئية.. والأفضل في توليد الكهرباء
• افتتاح أول مشروع لتحلية المياه بالطاقة الشمسية الكهروضوئية في السعودية
• الطاقة الشمسية الكهروضوئية.. مصدر الكهرباء في ولاية جنوب أستراليا

اقرأ أيضًا..

• أرامكو السعودية تكمل صفقة استحواذ ضخمة في الصين بقيمة 3.4 مليار دولار
• سيناريو واحد فقط يصعد بأسعار النفط إلى 100 دولار
• خبير: منجم تالا حمزة في الجزائر يغيّر خريطة احتياطيات الزنك عالميًا