على قناعة كاملة بأن توليد الكهرباء من الشمس فكرة ممتازة، تم تطوير أول خلية شمسية من السيليكون عام 1954 في معهد البحوث الأمريكية Bell، فالخلية الأولى الشمسية كانت بحجم أو أكبر قليل من شفرة الحلاقة كانت تحول ما يقارب %6 من ضوء الشمس إلى طاقة. ومن هنا بدأ أهمية الخلايا الكهروضوئية بالظهور فمن خلالها يمكننا تحويل ضوء الشمس بشكل مباشر إلى كهرباء بواسطة الخلايا الشمسية. وهذه التقنية بدأن بالانتشار بالأجهزة الصغيرة كحاسبات الجيب ووصولا إلى الأجهزة المستخدمة في أبحاث الفضاء والتي منها يتم توفير إمدادات الطاقة للأقمار الصناعية.

نمو الطاقات المتجددة

في العام الماضي 2011 تبنت الحكومة الألمانية خطة التحول في مجال الطاقة والتي من خلالها يتم زيادة حصة ألمانيا من الطاقات المتجددة إلى 35% بحلول عام 2020 أي ما يعادل ضعف حصتها في وقتنا هذا الأمر الذي يتطلب إنتاج ضعف كمية الكهرباء حاليا من طاقة الرياح, ايضا الطاقة الشمسية.

في الوقت الراهن تمثل الخلايا الكهروضوئية في ألمانيا 2% فقط من حصة السوق ولكنها في ارتفاع، وقد ذكرت الرابطة الألمانية لاقتصاديات الطاقة الشمسية أن نسبة الكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية في ألمانيا خلال عام 2011 زادت بنحو 60% عن العام الذي سبقه.

وبالنسبة لدول العالم فإن نسبة الكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية في ارتفاع دائم وبسرعة كبيرة، وحسبما ذكر البنك السويسري ساراسين فإن الكمية التي يمكن أن تصل بحلول عام 2020 إلى نحو 620 غيغاواط أي ما يعادل النسبة المنتجة من 440 محطة كبيرة للطاقة النووية وإذا ما قارناها في العام 2010 فإن النسبة لم تتجاوز 42 غيغاواط.

خلايا كهروضوئية عضوية

لقد استخدمت خلايا السيليكون الشمسية في أصغر الأجهزة مثل الآلة الحاسبة، وإلى وقتنا هذا فإن الخلايا الشمسية المتوفرة في السوق منتجة أغلبها من السيليكون، حيث يشكل السيليكون 90% من الخلايا الشمسية المنتجة الأمر الذي يعود علينا بالسلب وذلك بسبب أن سعر السيليكون الخام مرتفع جدا بالإضافة إلى أنه يعتبر مادة سامة وصلابة تلك المادة وقلة مرونتها وصعوبة إعادة تدويرها، لذا فجميع الباحثين في العالم يحاولون ايجاد بدائل لها.

لقد قام الباحثون في معهد علوم الفيزياء التطبيقية IAPP بالعديد من الأبحاث على الخلايا الكهروضوئية العضوية وهي عبارة عن أشباه موصلات تتكون من مواد عضوية مثل الكربون والهيدروجين والأكسجين وهي مواد يمكن العثور عليها في كل مكان من الأرض أي أنا لا تنضب الأمر الذي يترتب عليه رخص تكلفتها.

تتميز الخلايا الكهروضوئية التي يجرى عليها الأبحاث بالمرونة الكبيرة إذ يمكن طلاؤها على كل الأسطح تقريبا وعلى سبيل المثال على النوافذ والورق والبلاستيك أو حتى القماش. ويمكن في المستقبل القريب بناء واجهات للمنازل ونوافذ قادرة على توليد الكهرباء.

ألوان الطيف

في وحدات الخلايا الشمسية المركزة تطلى الخلايا الشمسية بثلاث طبقات من المواد الضوئية بدلا من طبقة واحدة، وتستجيب كل طبقة من الطبقات الثلاثة لألوان مختلفة من ألوان الطيف، الطبقة العليا للأزرق، والوسطى للأخضر والأصفر، والسفلى للأشعة تحت الحمراء وبذلك تستخدم الخلايا نسبة أكبر من الأشعة الضوئية وتنتج بالتالي المزيد من الطاقة وبهذا تحقق الخلايا كفاءة عالية تصل ما يقارب 40% أي بمعنى أنها تستطيع تحويل ما يقارب من 40% من ضوء الشمس إلى طاقة بينما خلايا السيليكون فإنها تحقق حوالي 20% فقط ولكن هنا العيب في الخلايا المكثفة هو أن تكلفة المواد الخام الداخلة في إنتاجها أعلى تكلفة من خلايا السيليكون.

سيارة المستقبل

من ناحية الكفاءة ستظل الخلايا الكهروضوئية العضوية دون مستوى خلايا السيليكون، ولكن هدفه على المدى البعيد هو تخفيض تكلفة الخلايا الشمسية العضوية إلى النصف، وبحلول عام 2013 من المخطط الانتقال إلى مرحلة الإنتاج التجاري. ويمكن لهذه التقنية تحقيق الكثير، فهي لا تتيح توليد الكهرباء من الضوء فحسب، وإنما العكس أيضا، أي إنتاج الضوء من الكهرباء.

إن الخلايا الشمسية في الأساس، ما هي إلا صمامات ثنائية عاكسة للضوء ولكن فقط بطريقة معكوسة. فالمواد المستخدمة تختلف، ولكن العناصر التي تتألف منها الخلايا متشابهة. وقريبا قد يصبح من الممكن إلصاق خلايا شمسية شفافة على النوافذ لتوليد الكهرباء من ضوء الشمس أثناء النهار، واستخدامها كنوع من الإضاءة عندما يحل المساء.

المصدر: مجلة بيئتنا -الهيئة العامة للبيئة - العدد 147