تطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية في الآونة الأخيرة لا يقتصر فقط على التحسينات الإضافية فحسب، بل يتعلق أيضًا بتحول نموذجي في كيفية رؤيتنا للطاقة الشمسية واستخدامها.
وتبشر الاتجاهات والابتكارات، الجديدة في قطاع الطاقة الشمسية بمستقبل تكون فيه هذه الطاقة أكثر سهولة في الوصول إليها وأكثر كفاءة وجزءا لا يتجزأ من حياتنا اليومية.
من الصائب أن نقول إن الطاقة الشمسية هي طاقة متجددة تغيرت على مر السنين، وهي موجودة لتبقى، وتمثل المرحلة الحالية المثيرة في تطور الطاقة الشمسية خطوة مهمة نحو عالم يعتمد على الطاقة المستدامة والمتجددة.
ما هو تطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية؟
تطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية , المراحل التي قطعها الإنسان في الاستفادة من الطاقة الجبارة المتولدة من الشمس، والتي يتم إنشاؤها عن طريق الاندماج النووي الذي يحدث في الشمس، والذي يحدث عندما تصطدم بروتونات ذرات الهيدروجين بعنف في قلب الشمس وتندمج لتكوين ذرة الهيليوم.
هذه العملية، المعروفة باسم التفاعل المتسلسل PP (بروتون-بروتون)، تبعث كمية هائلة من الطاقة، حيث تدمج الشمس في قلبها حوالي 620 مليون طن متري من الهيدروجين كل ثانية.
في جميع أنحاء النظام الشمسي تعمل الطاقة الشمسية على تسخين الأرض، وتسبب الرياح والطقس، وتدعم الحياة النباتية والحيوانية، حيث تتدفق الطاقة والحرارة والضوء من الشمس بعيدًا على شكل إشعاع كهرومغناطيسي (EMR).
أكثر الموجات عالية التردد المنبعثة من الشمس هي أشعة جاما والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية ، وايمتص الغلاف الجوي للأرض الأشعة فوق البنفسجية الأكثر ضررًا بشكل كامل تقريبًا، وتبعث الشمس أيضًا الأشعة تحت الحمراء، التي تكون موجاتها ذات تردد أقل بكثير، وتصل معظم الحرارة القادمة من الشمس على شكل طاقة تحت الحمراء.
والأسئلة التالية وإجابتها توضح رحلة تطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية:
- متى كانت بداية استخدام الطاقة الشمسية؟
- قبل آلاف السنين من اختراع الألواح الشمسية، كان مفهوم توجيه طاقة الشمس، واستخدامها في إنتاج الطاقة، ممارسة شائعة.
- استخدام الإنسان للطاقة الشمسية بشكل موثق حدث في وقت مبكر من القرن السابع قبل الميلاد، عندما استخدم البشر ضوء الشمس لإشعال النيران بعدسات مكبرة.
- في القرن الثالث قبل الميلاد، كان من المعروف أن اليونانيين والرومان استخدموا الطاقة الشمسية مع المرايا لإضاءة المشاعل في الاحتفالات الدينية.
- في أواخر القرن الثامن عشر والتاسع عشر، تم استخدام ضوء الشمس لتشغيل الأفران للرحلات الطويلة وتم تسخيره لإنتاج قوارب بخارية تعمل بالطاقة الشمسية.
- متى تم اختراع الألواح الشمسية؟
- اللوحة الشمسية، أو الوحدة الكهروضوئية (PV)، عبارة عن مجموعة من الخلايا الكهروضوئية المركبة في إطار للتركيب، تستخدم الألواح الشمسية ضوء الشمس كمصدر للطاقة لتوليد الكهرباء ذات التيار المباشر.
- ينسب الفضل إلى تشارلز فريتسوهو مخترع من نيويورك في ابتكار أول لوحة شمسية تجارية في أوائل ثمانينيات القرن التاسع عشر، وذلك عن طريق طلاء السيلينيوم بطبقة رقيقة من الذهب، وحققت هذه الخلية معدل تحويل طاقة يتراوح بين 1 إلى 2 بالمائة.
- تعمل معظم الخلايا الشمسية الحديثة بكفاءة تتراوح من 15 إلى 20 بالمائة، بينما ما أنشأه فريتس هو خلية شمسية منخفضة التأثير، ومع ذلك كانت بداية ابتكار الألواح الشمسية الكهروضوئية في الولايات المتحدة.
- الخلايا الشمسية، كما نعرفها اليوم، مصنوعة من السيليكون، وليس السيلينيوم، ولهذا السبب يعتبر البعض أن الاختراع الحقيقي للألواح الشمسية مرتبط بإنشاء داريل شابين، وكالفن فولر، وجيرالد بيرسون لخلية السيليكون الكهروضوئية في عام 1954، ويمثل هذا الحدث أول مثال لتكنولوجيا الطاقة الشمسية التي يمكنها بالفعل تشغيل الطاقة.
- متى ظهرت مزارع الطاقة الشمسية؟
- قامت شركة Arco Solar ببناء أول محطة للطاقة الشمسية بقدرة 1 ميجاوات في لوغو بالقرب من هيسبيريا، كاليفورنيا في نهاية عام 1982، وتلاها في عام 1984 تركيب بقدرة 5.2 ميجاوات في سهل كاريزو.
- في حين أن أول محطة للطاقة الشمسية في الولايات المتحدة، والتي تم بناؤها في عام 1982، ولدت 1 ميجاوات من الكهرباء، فإن مزارع الطاقة الشمسية الحديثة تنتج أكثر من 550 ميجاوات، وهي كافية لتزويد حوالي 255 ألف منزل بالطاقة.
5 ابتكارات في تطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية
تطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية شهد مؤخرًا عديد من الابتكارات، حيث تشير الاتجاهات إلى التحرك نحو حلول طاقة شمسية أكثر كفاءة وتكاملا وذكية، في حين تعرض الابتكارات قفزة في التكنولوجيا يمكن أن تعيد تعريف علاقتنا بالطاقة المتجددة، وفيما يلي عدد من هذه الابتكارات التي رصدتها TAMESOL:
- خلايا البيروفسكايت الشمسية
تعتبر خلايا البيروفسكايت الشمسية بمثابة ابتكار مذهل، توفر هذه الخلايا بديلاً أرخص وأكثر كفاءة لخلايا السيليكون التقليدية، مما يزيد بشكل كبير من إمكانية الوصول إلى الطاقة الشمسية وكفاءتها.
- الألواح الشمسية الشفافة
تمثل الألواح الشمسية الشفافة ابتكارًا مهمًا، خاصة بالنسبة للألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV ويمكن دمج هذه الألواح في النوافذ والأسطح الزجاجية، مما يفتح آفاقًا جديدة لتجميع الطاقة الشمسية في المباني دون المساس بالجماليات.
- مزارع الطاقة الشمسية العائمة
تعد مزارع الطاقة الشمسية العائمة مفهومًا جديدًا حيث يتم تركيب الألواح الشمسية على المسطحات المائية، لا يوفر هذا الابتكار مساحة الأرض فحسب، بل يفيد أيضًا في كفاءة اللوحة بسبب تأثير التبريد للمياه.
- جلود الطاقة الشمسية
تعتبر الأسطح الشمسية تقنية مبتكرة تتيح للألواح الشمسية أن تتمتع بمظهر قابل للتخصيص، مما يجعلها تمتزج بسلاسة مع البيئة المحيطة بها، يعد هذا الابتكار جذابًا بشكل خاص للمباني السكنية والتجارية حيث تكون الجماليات هي الأولوية.
وجلود الطاقة الشمسية عبارة عن تكنولوجيا PVC جديدة لدمج تصاميم مخصصة في أنظمة الألواح الشمسية، تشبه تقنية الجلد الشمسي المعروض على نوافذ الحافلات، وهي مادة غشاء عاكسة، أساسا من بولي كلوريد الفينيل أو الفينيل، مصنوعة من أقمشة بوليستر منسوجة والتي يمكن أن تحتوي أيضًا على صفائح منسوجة مغلفة بالنايلون لمنحها القوة.
القماش المشمع PVCيُعرف أيضًا بأسماء أخرى مختلفة مثل الأقمشة المعزولة، وأغطية القماش، والبوليكونفكس، والأغطية الكهربائية والحرارية، والأقمشة المرنة، والأقمشة الثقيلة من القماش، وألواح البولي إيثيلين، والقماش المجلفن، وألواح الفينيل.
- أنظمة الطاقة المحسنة بالذكاء الاصطناعي
يعد استخدام الذكاء الاصطناعي في تحسين أنظمة الطاقة الشمسية ابتكارًا متطورًا. يمكن لخوارزميات الذكاء الاصطناعي التنبؤ بإنتاج الطاقة واستهلاكها، مما يتيح إدارة أكثر ذكاءً للطاقة والتكامل مع الشبكة.
5 اتجاهات جديدة في تطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية
تطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية يمهد الطريق لعصر محوري في مجال الطاقة المتجددة، وهناك اتجاهات جديدة تشكل مستقبل الطاقة الشمسية حددتها TAMESOL على النحو التالي:
- زيادة كفاءة الألواح الشمسية
يظل التحسين المستمر في كفاءة الألواح الشمسية اتجاهًا هامًا، حيث تتيح المواد والتقدم في التصميم للألواح تحويل المزيد من ضوء الشمس إلى كهرباء، مما يجعل تركيبات الطاقة الشمسية أكثر عملية وفعالية من حيث التكلفة لمجموعة واسعة من التطبيقات.
- توسيع الألواح الشمسية ثنائية الجانب
أصبحت الألواح الشمسية ثنائية الجانب، التي تلتقط ضوء الشمس من كلا الجانبين، أكثر شعبية، وتعمل هذه التقنية على تعزيز إنتاج الطاقة بشكل كبير، ما يجعل تركيبات الطاقة الشمسية أكثر إنتاجية واقتصادية، وتعمل هذه الألواح، التي تلتقط ضوء الشمس من كلا الجانبين، على تعزيز إنتاج الطاقة بشكل كبير.
- صعود الخلايا الكهروضوئية المتكاملة للمباني (BIPV)
تقوم التقنيات الجديدة بدمج تكنولوجيا الطاقة الشمسية في مواد البناء مثل الأسقف والنوافذ، ولا يؤدي هذا الاتجاه إلى تعزيز الجاذبية الجمالية فحسب، بل يعمل أيضًا على توسيع نطاق تطبيق تكنولوجيا الطاقة الشمسية في البيئات الحضرية.
- النمو في حلول تخزين الطاقة الشمسية
يعد التقدم في تقنيات تخزين الطاقة، مثل بطاريات الليثيوم أيون والبطاريات الصلبة، اتجاهًا حاسمًا. تعمل هذه الحلول على جعل الطاقة الشمسية أكثر موثوقية، مما يضمن إمدادات طاقة ثابتة، حتى خلال الفترات غير المشمسة.
- انتشار أنظمة الطاقة الشمسية الذكية
إن دمج التكنولوجيا الذكية مع أنظمة الطاقة الشمسية يكتسب زخمًا. يتم استخدام إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي للمراقبة في الوقت الفعلي وتحسين إنتاج الطاقة، مما يعزز كفاءة وفعالية أنظمة الطاقة الشمسية.
ما هي أهمية تطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية؟
تعد الابتكارات في مجال الطاقة الشمسية من بين الخيارات الأكثر فعالية لمصادر الطاقة المتجددة، وفيما يلي أهم فوائد استخدام ابتكارات الطاقة الشمسية الآن وفي المستقبل.
- خفض تكاليف الطاقة، على الرغم من التكلفة الأولية المرتفعة لتركيب أنظمة الطاقة الشمسية، إلا أنها تقلل من حجم فواتير الكهرباء على المدى الطويل، وتشمل هذه التقنيات والابتكارات استخدام مصدر طاقة جديد ومجاني ومستمر.
2.تساعد ابتكارات الطاقة الشمسية على زيادة استقلالية الطاقة لأي شركة أو منظمة أو مجتمع.
3.تعمل الابتكارات الشمسية على تحسين كفاءة البحث والتطوير في مجال تكنولوجيا الطاقة، وذلك لتعزيز أداء الخلايا الشمسية وتطوير تقنيات التخزين والتحكم. وبالتالي، يؤدي ذلك إلى تطوير حلول جديدة وعملية لتعظيم الطاقة الشمسية.
- استخدام ابتكارات الطاقة الشمسية يقلل أيضًا من استنزاف الموارد الطبيعية المحدودة، كما توفر ابتكارات الطاقة الشمسية بدائل وحلول أكثر فعالية من أنواع الطاقة الأخرى في أي مكان على هذا الكوكب.
- تخلق ابتكارات الطاقة الشمسية المزيد من فرص العمل في مختلف القطاعات مثل الهندسة، التصميم والتصنيع، التركيب والصيانة، وغيرها.
- أصبحت هذه الابتكارات تلعب دوراً حيوياً في تحسين النمو الاقتصادي وتنويع وسائل الدخل للأفراد، وذلك لأن هذه الابتكارات في مجال الطاقة الشمسية تجعل الشركات تبحث بجد عن المهنيين المهرة، علاوة على ذلك، تعتبر اقتصاديات الطاقة الشمسية حافزاً اقتصادياً للاقتصادات العالمية بشكل عام والاقتصادات المحلية بشكل خاص. تدعم هذه الاقتصادات الأنشطة التجارية وتحقق الاستقرار المالي العام.
7.تعتبر الابتكارات في مجال الطاقة الشمسية عاملاً حاسماً في تحقيق التنمية المستدامة، وتسمح هذه الابتكارات للشركات بتلبية احتياجات الطاقة الحالية دون التأثير على مصادر الطاقة المستقبلية في المرحلة المقبلة.
- تعمل ابتكارات وتقنيات الطاقة الشمسية على زيادة التطور التقني في البنية التحتية لأي شركة أو مجتمع.
- تؤدي الابتكارات في مجال الطاقة الشمسية إلى تحسين ونشر الوضع الاجتماعي الصحي للمجتمعات، فهي تقلل من التلوث والانبعاثات الضارة وتعزز نوعية حياة الناس والصحة العامة على مستوى العالم.
اقرأ ايضا :
فوائد الطاقة الشمسية للبيئة والاقتصاد توفر منارة أمل لمستقبل أنظف
