عندما علمنا أن الفحم الذي يسد 70% من احتياجنا للطاقة على الأرجح سينفد، قررنا البحث عن بديل، لدينا بالطبع البترول والديزل والغاز الطبيعي ولكنهم سينفدوا في النهاية أيضًا. خلال العقدين الماضيين، حاول الإنسان استخدام مصادر الطاقة المتجددة كالشمس فهي موجودة طوال الوقت في كل الأماكن، ولذلك أصبحت واحدة من أكثر الخيارات التي يميل إليها العلماء، من المثير للاهتمام معرفة الناس للشمس منذ آلاف الأعوام ومع ذلك لم يستطع أحد الاستفادة من الطاقة الشمسية إلا مؤخرًا، هناك المزيد من مصادر الطاقة المتجددة كالرياح والمد والجزر، ولكن نحتاج تكنولوجيا معينة لتسخيرها.
علمنا بوجود الطاقة الشمسية لأول مرة عام 1779 عندما اكتشف عالم النبات الهولندي (إنخنهاوسز) عملية البناء الضوئي، واستنتج أن النباتات تمتلك الكلوروفيل الذي يمتص ضوء الشمس ويستخدم طاقته مع ثاني أكسيد الكربون الموجود في الجو لإنتاج السكر والماء، ثم لاحظ العالم الفرنسي (إدموند بيكيريل) عام 1839 أن بعض المواد تنتج الكهرباء عند تعرضها للضوء، ولكن لم يستفد الإنسان من هذا الاكتشاف إلا بعد مئة عام، ففي عام 1941 صنع (راسل أول) أول خلية شمسية.
كانت كفاءة الخلايا الشمسية ضعيفة جدًا في البداية، ولم تُستخدَم كمصدر حقيقي لتوليد الكهرباء، حاليًا يحول النموذج الأكثر كفاءة ما يقرب من 21.5% من الطاقة الشمسية التي يستقبلها إلي كهرباء.
لا تزال عملية تسخير الطاقة الشمسية في مرحلة مبكرة، لدينا الكثير لنتعلمه ونجربه في هذا المجال، ولهذا المصدر الطبيعي إمكانيات هائلة إذ تصيبنا الشمس في أي لحظة بقرابة 173.000 تيراوات من الطاقة وذلك تقريبًا 10 آلاف ضعف ما تحتاجه الأرض من طاقة، وبالرغم من مقدار الفقد الهائل، إذا سُخِرت ساعة واحدة من الإشعاع الشمسي بشكل كامل، فإن مقدار الطاقة الناتجة ستكفي العالم كله لمدة عام كامل!
إن العلماء حول العالم متحمسون لإمكانيات استخدام تلك الطاقة، فالعديد من التطبيقات التي تعمل بالكهرباء صُمِمت لتعمل بواسطة الألواح الشمسية، وحاول كثير من الناس استخدام الطاقة الشمسية لتشغيل المصابيح والساعات وشواحن الهاتف وأشياء أُخرى، لكن لم ينجح أي منهم بدرجة كافية لكي يُسوُّق ويستبدِل المنتجات الحالية بشكل واسع، نريد حقًا إدخال هذه الطاقة النظيفة إلي حياتنا اليومية لكن للأسف توجد حدود لاستخداماتها.
ظن الكثير أن السيارات الكهربية في بداية اختراعها آلات صديقة للبيئة لأنها لا تحتاج للوقود الحفري، إلا أن ذلك ليس صحيحًا لأن الكهرباء التي نستخدمها في حياتنا اليومية والتي ستشحن السيارة تنتج عن حرق نفس الوقود، ولكن تخيل إذا صُنعت سيارة بألواح شمسية لشحنها، فتلك هي السيارة الصديقة للبيئة بالفعل.
كان من المفترض أن يحتوي موديل سيارة التيسلا رقم (3) على ألواح شمسية مثبتة بالسطح لشحن السيارة بدلاً من الكهرباء، لكن حتى لو استُخدمت أكثر الألواح كفاءة أي أنتجت حوالي 46% فإننا نشك باستطاعة الخلايا الشمسية في إمداد السيارة بالقدر الكافي من الطاقة لتشغيل الوظائف الرئيسية.
إذن، ما الذي يمنعنا من استخدام الطاقة الشمسية للآلات الأصغر حجمًا؟
تعتمد كفاءة الألواح الشمسية المستخدمة حاليًا على المعايير التالية:
نوع اللوح الشمسي:
توجد ثلاثة أنواع من الألواح الشمسية، أكثرها كفاءة هي ألواح mono-crystalline سيليكون أحادي الكريستالات، تليها ألواح poly-crystalline سيليكون متعدد الكريستالات، ثم أقلها كفاءة هي ألواح الأغشية الرقيقة thin-film Panels، وتختلف كمية الكهرباء المتولدة بشكل ملحوظ بتغير المادة المكونة للألواح.
المساحة:
تحتاج الألواح الشمسية إلى مساحة كبيرة، إذ تولد مساحة 10 قدم مربع من الألواح الشمسية حوالي 50 وات في الظروف المثالية، تبلغ مساحة سطح السيارة متوسطة الحجم من 10 إلى 25 قدم مربع، وتلك المساحة تولد من 50 إلى 150 وات، يكفي بالكاد لتشغيل مصباح.
درجة الحرارة:
درجة الحرارة المتوسطة هي المثالية، فالعالية ستقلل كفاءة الألواح، وفي مناطق كثيرة في الشتاء لا تسطع الشمس غالبًا ويجب أن تعمل السيارات في جميع الظروف، وإذا تقيد استخدام السيارة بتوفر درجة الحرارة المناسبة فستصبح السيارات عديمة الفائدة، أيضًا عند إيقاف السيارة وركنها غالبًا ما تكون في الظل، ولأن البنية التحتية مصممة دون وضع الطاقة الشمسية في الاعتبار، تُبنى معظم الكراجات في الدور الأرضي أو تحت الأرض.
مدة الصلاحية:
من المؤكد أن الخلايا الشمسية ليست خالدة وتقل كفاءتها بمرور الوقت، وتقل بمعدل 0.5% بعد أول عام من الاستخدام.
السعر:
من أهم الأسباب التي تجعل تسخير طاقة الشمس عملية صعبة هو ارتفاع تكلفة الألواح الشمسية وأيضًا البحث والتطوير المطلوبين لتشغيل الإلكترونيات باستعمال طاقة الشمس يفوق العوائد التي سنحصل عليها في المقابل.
بينما لا يزال أمامنا كثير من الوقت قبل أن نرى السيارات التي تعمل كليًا بالطاقة الشمسية، توجد بعض البدائل مثل محطات الطاقة الشمسية المُصممة لتقليل الاعتماد على الوقود الحفري.
لنولد ما يكفي من الكهرباء لتشغيل المنازل أو السيارات سنحتاج إلى ألواح شمسية ذات كفاءة عالية جدًا ونحن ببساطة لم نصل لهذا المستوى المتقدم بعد، إن كفاءة الخلايا الشمسية ترتفع بمرور الوقت وتنخفض تكلفتها أيضًا وفي المستقبل البعيد سنتمكن من صنع السيارات والكثير من الإلكترونيات والأجهزة التي تعمل بالكامل بالطاقة الشمسية.
روابط ذات صلة:
اختراع جديد في مجال الطاقة الشمسية بإمكانه تزويد الكهرباء والمياه النظيفة للملايين
كيف تولد أبراج الطاقة الشمسية الكهرباء أثناء الليل ؟
ترجمة: عمرو خلف
تدقيق: سمية المهدي
مراجعة: تسنيم المنجد
