نبذة تاريخية عن تطوير الطاقة الكهروضوئية العالمية
يُساعدنا استعراض تاريخي على فهم تطور تقنية الطاقة الكهروضوئية. فيما يلي، بالترتيب الزمني، الأحداث التاريخية المرتبطة بتطوير الخلايا الشمسية:
منذ اكتشاف التأثير الكهروضوئي (المعروف أيضًا باسم الظاهرة الكهروضوئية) في السوائل من قبل العالم الفرنسي إي. بيكريل في عام 1839، خضعت الخلايا الشمسية لتاريخ طويل من التطور يمتد لأكثر من 160 عامًا.
بشكل عام، لعب كلٌّ من البحث الأساسي والتقدم التكنولوجي دورًا إيجابيًا في تعزيز تطوير الخلايا الشمسية. وقد لعب التطوير الناجح لخلايا شمسية من السيليكون أحادي البلورة، على يد ثلاثة علماء في مختبرات بيل بالولايات المتحدة، دورًا حاسمًا في التطبيق العملي للخلايا الشمسية. وقد مثّل هذا إنجازًا بارزًا في تاريخ تطوير الخلايا الشمسية. وحتى الآن، ظلّ التركيب الأساسي للخلايا الشمسية وآلية عملها دون تغيير.
في عام 1877، قام مجموعة العمل آدامز وRE يوم بدراسة التأثير الكهروضوئي للسيلينيوم (سي) وإنشاء أول خلية شمسية من السيلينيوم.
في عام 1883، وصف المخترع الأمريكي تشارلز فريتس مبدأ الخلية الشمسية الأولى المصنوعة من السيلينيوم.
في عام 1904، اكتشف هالواكس أن مزيج النحاس وأكسيد النحاس (النحاس/Cu2O) يمتلك حساسية للضوء؛ ونشر الفيزيائي الألماني ألبرت أينشتاين بحثًا عن التأثير الكهروضوئي.
في عام 1918، قام العالم البولندي تشوخرالسكي بتطوير طريقة تشوخرالسكي لزراعة السيليكون البلوري المفرد.
في عام 1921، فاز الفيزيائي الألماني ألبرت أينشتاين بجائزة نوبل في الفيزياء عن نظريته التي قدمها عام 1904 لتفسير التأثير الكهروضوئي.
في عام 1930، درس ب. لانج الخلايا الشمسية المصنوعة من أكسيد النحاس/النحاس ونشر بحثًا بعنوان "نوع جديد من الخلايا الكهروضوئية". ونشر دبليو شوتكي بحثًا بعنوان "نوع جديد من الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من أكسيد النحاس".
في عام 1932، اكتشف أودوبيرت وستورا التأثير الضوئي لكبريتيد الكادميوم (سي دي إس).
في عام 1933، نشر لو جروندال ورقة بحثية بعنوان "مقومات أكسيد النحاس والنحاس والخلايا الضوئية".
في عام 1941، اكتشف أور التأثير الكهروضوئي على السيليكون.
في عام 1951، تم تطوير الوصلات p-n، مما سمح بتصنيع الخلايا الشمسية أحادية البلورة من الجرمانيوم.
في عام 1953، أجرى الدكتور دان تريفيتش من جامعة ولاية وين أول حساب نظري لكفاءة الطاقة الكهروضوئية لمواد مختلفة ذات عرض فجوة نطاق مختلفة استنادًا إلى الطاقة الشمسية.
في عام 1954، أبلغ ب. رابابورت وآخرون في مختبرات آر سي إيه عن التأثير الكهروضوئي لكبريتيد الكادميوم (آر سي إيه: راديو مؤسَّسة ل أمريكا).
أعلن الباحثون دي إم تشابين، وسي إس فولر، وجي إل بيرسون من مختبرات بيل عن اكتشاف خلية شمسية مصنوعة من السيليكون أحادي البلورة بكفاءة 4.5%، والتي وصلت إلى 6% بعد بضعة أشهر.
في عام ١٩٥٥، بدأت شركة ويسترن إلكتريك ببيع براءات اختراع تجارية لتقنية الخلايا الكهروضوئية السيليكونية. وعُقد مؤتمر دولي للطاقة الشمسية في جامعة أريزونا. وأطلقت شركة هوفمان إلكترونيكس منتجًا تجاريًا للخلايا الشمسية بكفاءة ٢٪، وقدرة ١٤ ميجاواط لكل خلية، وبسعر ٢٥ دولارًا أمريكيًا للخلية، أي ما يعادل ١٧٨٥ دولارًا أمريكيًا للواط.
في عام 1956، نشر كل من P. بابابورت وJJ لوفرسكي وEG ليندر مقالاً بعنوان "إلكتروني حاضِر التأثيرات في الجرمانيوم و السيليكون ب ن التقاطعات.دي دي اتش
في عام ١٩٥٧، حققت شركة هوفمان للإلكترونيات كفاءةً بلغت ٨٪ لخلية السيليكون أحادية البلورة. وحصل كلٌّ من دي إم تشابين، وسي إس فولر، وجي إل بيرسون على براءات اختراع لجهاز تحويل الطاقة الشمسية الخاص بهم.
في عام ١٩٥٨، طوّر ت. ماندلكورن، من فيلق الإشارة الأمريكي، خلايا كهروضوئية من السيليكون أحادي البلورة من النوع n/p، تتميز بمقاومة عالية للإشعاع، مما يجعلها أساسية لبطاريات الفضاء. حققت شركة هوفمان للإلكترونيات كفاءةً بلغت ٩٪ في خلايا السيليكون أحادية البلورة. أُطلق أول قمر صناعي يعمل بخلايا كهروضوئية، بايونير ١، مزودًا بخلية كهروضوئية بمساحة ١٠٠ سم² وبقدرة خرج ٠.١ واط، تُستخدم لتشغيل ميكروفون احتياطي بقدرة ٥ ميجا واط.
في عام ١٩٥٩، حققت شركة هوفمان إلكترونيكس كفاءةً تجاريةً لخلية سيليكون أحادية البلورة بلغت ١٠٪، مما أدى إلى انخفاض كبير في مقاومة الخلية التسلسلية باستخدام قطب كهربائي شبكي. أُطلق القمر الصناعي إكسبلورر ٦، حاملاً معه مجموعةً من ٩٦٠٠ خلية شمسية، مساحة كل منها ٢ سم²، بقدرة إجمالية ٢٠ واط.
في عام 1960، تمكنت شركة هوفمان إلكترونيكس من تحقيق كفاءة بنسبة 14% في خلايا السيليكون أحادية البلورة.
في عام 1962، تم إطلاق أول قمر صناعي تجاري للاتصالات، وهو تيلستار، باستخدام خلايا شمسية بقوة 14 وات.
في عام 1962، تم إطلاق أول قمر صناعي تجاري للاتصالات، وهو تيلستار، باستخدام خلايا شمسية بقوة 14 وات.
في عام 1962، تم إطلاق أول قمر صناعي تجاري للاتصالات، وهو تيلستار، باستخدام خلايا شمسية بقوة 14 وات.
في عام 1963، نجحت شركة شارب في إنتاج وحدات الخلايا الكهروضوئية؛ وقامت اليابان بتركيب مجموعة من الخلايا الكهروضوئية بقوة 242 واط على منارة، وهي الأكبر في العالم في ذلك الوقت.
في عام 1964، تم إطلاق المركبة الفضائية "رقم الأرض"، المجهزة بمجموعة من الخلايا الشمسية الكهروضوئية بقدرة 470 وات.
في عام 1965، اقترح بيتر جلاسر وأد.دي. ليتل مفهوم محطة الطاقة الشمسية عبر الأقمار الصناعية.
في عام 1966، تم إطلاق مرصد فلكي مداري واسع النطاق مزود بمجموعة من الخلايا الضوئية الكهروضوئية بقوة 1000 واط.
في عام 1972، قام باحثون فرنسيون بتركيب نظام للطاقة الشمسية من كبريتيد الكادميوم في مدرسة ريفية في النيجر لتشغيل التلفزيون التعليمي.
في عام 1973، قامت جامعة ديلاوير في الولايات المتحدة ببناء أول منزل يعمل بالطاقة الشمسية في العالم.
في عام ١٩٧٤، أطلقت اليابان مشروع "أشعة الشمس" لتوليد الطاقة الكهروضوئية. طورت مختبرات تايكو أول شريط سيليكون بلوري إي أف جي، بعرض ٢٥ مم وطول ٤٥٧ مم (إي أف جي اختصار لـ حافة مُعرف فيلم بنك الاحتياطي الفيدرالي-نمو).
في عام ١٩٧٧، تجاوز إنتاج الخلايا الكهروضوئية العالمية ٥٠٠ كيلوواط. بناءً على عمل شركة نحن حربة عام ١٩٧٥ في التحكم في الوصلة p-n، طوّر كلٌّ من دي إي كارلسون و سي آر ورونسكي أول خلية شمسية من السيليكون غير المتبلور (a-سي) في العالم.
في عام 1979، وصلت قدرة الخلايا الشمسية المركبة عالميا إلى 1 ميجاوات.
في عام ١٩٨٠، أصبحت شركة أركو سولار أول شركة مصنعة للخلايا الكهروضوئية تحقق قدرة إنتاجية سنوية قدرها ١ ميجاوات. وكانت شركة سانيو إلكتريك رائدة في استخدام خلايا السيليكون غير المتبلور في الآلة الحاسبة المحمولة، ثم أكملت الإنتاج الضخم لوحدات السيليكون غير المتبلور وأجرت اختبارات خارجية.
في عام 1981، نجحت طائرة تعمل بالطاقة الشمسية تدعى سولار تشالنجر في الطيران بنجاح.
في عام ١٩٨٢، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي للخلايا الشمسية ٩.٣ ميجاوات. وفي عام ١٩٨٣، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي للخلايا الشمسية ٢١.٣ ميجاوات. عبرت سيارة سولار تريك، التي تعمل بالطاقة الكهروضوئية بقدرة ١ كيلووات، أستراليا، قاطعةً مسافة ٤٠٠٠ كيلومتر في ٢٠ يومًا.
في عام 1984، تم طرح وحدة خلايا شمسية من السيليكون غير المتبلور تجارية بمساحة 929 سم2.
في عام ١٩٨٥، وصل سعر الخلايا الشمسية السيليكونية أحادية البلورة إلى ١٠ دولارات أمريكية/واط. طوّر مارتن جرين، من جامعة نيو ساوث ويلز بأستراليا، خلية شمسية سيليكونية أحادية البلورة بكفاءة ٢٠٪.
في يونيو 1986، أطلقت شركة أركو الطاقة الشمسية وحدة G-4000، وهي أول وحدة طاقة شمسية تجارية من الأغشية الرقيقة في العالم.
في نوفمبر 1987، فازت سيارة جنرال موتورز صن رايسر بسباق بنتاكس عالم الطاقة الشمسية تحدي للسيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية، حيث قطعت مسافة 3100 كيلومتر عبر أستراليا، بمتوسط سرعة بلغ حوالي 71 كيلومترًا في الساعة.
في عام 1990، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي من الخلايا الشمسية 46.5 ميجاوات.
في عام 1991، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي من الخلايا الشمسية 55.3 ميجاوات؛ وحققت الخلية الشمسية المصبوغة بصبغة ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية التي طورها البروفيسور السويسري جراتزل كفاءة بلغت 7%.
في عام 1992، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي من الخلايا الشمسية 57.9 ميجاوات.
في عام 1993، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي من الخلايا الشمسية 60.1 ميجاوات.
في عام 1994، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي من الخلايا الشمسية 69.4 ميجاوات.
في عام 1995، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي من الخلايا الشمسية 77.7 ميجاوات، وبلغ إجمالي القدرة المركبة للخلايا الكهروضوئية 500 ميجاوات.
في عام 1996، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي من الخلايا الشمسية 88.6 ميجاوات.
في عام 1997، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي من الخلايا الشمسية 125.8 ميجاوات.
في عام 1998، تجاوز إنتاج الخلايا الشمسية السنوي في العالم 151.7 ميجاوات، وتجاوز إنتاج الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات إنتاج الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة لأول مرة.
في عام ١٩٩٩، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي للخلايا الشمسية ٢٠١.٣ ميجاوات. وأفاد م. أ. كونتريراس وآخرون من المختبر الوطني الأمريكي للأبحاث (المختبر الوطني للطاقة المتجددة) بأن كفاءة الخلايا الشمسية المصنوعة من النحاس والإنديوم والقصدير (رابطة الدول المستقلة) بلغت ١٨.٨٪، بينما شكلت الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون غير المتبلور ١٢.٣٪ من حصة السوق.
في عام 2000، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي للخلايا الشمسية 399 ميجاوات. أفاد وو إكس، ودير آر جي، وآيبين دي إس، وآخرون، أن كفاءة الخلايا الشمسية المصنوعة من تيلورايد الكادميوم (تيلوريد الكادميوم) بلغت 16.4%، وأن سعر الخلايا الشمسية السيليكونية أحادية البلورة بلغ حوالي 3 دولارات أمريكية/واط.
في عام ٢٠٠٢، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي من الخلايا الشمسية ٥٤٠ ميجاوات. وبلغ سعر الخلايا الشمسية السيليكونية متعددة البلورات حوالي ٢.٢ دولار أمريكي/وات.
في عام ٢٠٠٣، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي للخلايا الشمسية ٧٦٠ ميجاوات. وحققت شركة فراونهوفر آي إس إي في ألمانيا كفاءةً بلغت ٢٠٪ لخلاياها الشمسية السيليكونية البلورية بتقنية التلامس بالليزر (ليفربول).
في عام ٢٠٠٤، تجاوز الإنتاج العالمي السنوي للخلايا الشمسية ١٢٠٠ ميجاوات. وأفاد معهد فراونهوفر آي إس إي الألماني بكفاءة خلايا شمسية من السيليكون متعدد البلورات بلغت ٢٠.٣٪. وشكلت خلايا السيليكون غير المتبلور ٤.٤٪ من حصة السوق، أي ما يعادل ثلث مستواها في عام ١٩٩٩. وبلغت حصة تيلوريد الكادميوم ١.١٪، و٠.٤٪ من خلايا رابطة الدول المستقلة.
في عام 2005، وصل الإنتاج العالمي السنوي من الخلايا الشمسية إلى 1759 ميجاوات.
