دکتر مهدی کریمی تفرشی
روزنامه آسیا-نور خورشید قرنها بر زمین تابید تا سرانجام انسان راه تبدیل آن به برق را پیدا کرد. خورشید از نخستین روزهای شکلگیری تمدن انسانی، یکی از مهمترین عناصر زندگی بشر بوده است. کشاورزی، معماری، تقویم و حتی شکلگیری بسیاری از تمدنهای بزرگ با شناخت چرخههای خورشید پیوند خورده بود. انسان برای هزاران سال از گرما و روشنایی خورشید بهره میگرفت، اما تصور تبدیل مستقیم نور خورشید به نیرویی برای حرکت دادن ماشینها، روشن کردن شهرها و تأمین برق خانهها، ایدهای بود که تنها با پیشرفت علم و شناخت عمیقتر از ساختار ماده امکان تحقق پیدا کرد.
داستان پنلهای خورشیدی، روایت یک تغییر بزرگ در نگاه بشر به انرژی است. این تغییر از یک پرسش علمی ساده آغاز شد: آیا میتوان نور را به برق تبدیل کرد؟ پاسخ به این پرسش، مسیر طولانی از آزمایشهای ابتدایی قرن نوزدهم تا شکلگیری یکی از مهمترین صنایع قرن بیستویکم را رقم زد.
در نیمه نخست قرن نوزدهم، جهان در میانه انقلاب صنعتی قرار داشت. کارخانهها در حال گسترش بودند، موتورهای بخار چهره شهرها را تغییر میدادند و مصرف زغالسنگ با سرعت زیادی افزایش پیدا میکرد. انرژی به یکی از پایههای اصلی قدرت اقتصادی کشورها تبدیل شده بود و دانشمندان تلاش میکردند منابع تازهای برای تولید نیرو پیدا کنند. در همین فضای علمی و صنعتی، بررسی رابطه میان نور و الکتریسیته آغاز شد.
سال ۱۸۳۹ نقطه مهمی در این مسیر بود. «الکساندر ادموند بکرل»، فیزیکدان فرانسوی، هنگام انجام آزمایشهایی درباره الکتروشیمی دریافت که برخی مواد در معرض نور میتوانند جریان الکتریکی ایجاد کنند. این پدیده بعدها با عنوان «اثر فتوولتائیک» شناخته شد. کشف بکرل در زمان خود یک فناوری آماده برای استفاده عمومی نبود، اما یک اصل بنیادین را به جهان علم معرفی کرد: انرژی موجود در نور خورشید میتواند به شکلی دیگر تبدیل شود.
دهههای پس از این کشف، دوران شناخت بیشتر رفتار مواد مختلف در برابر نور بود. پژوهشگران دریافتند برخی عناصر مانند سلنیوم میتوانند در برابر تابش نور واکنش الکتریکی نشان دهند. این مطالعات، پایههای علمی فناوری خورشیدی را تقویت کرد و نشان داد مسیر تولید برق از خورشید، بیش از آنکه به منابع طبیعی جدید نیاز داشته باشد، به شناخت بهتر قوانین فیزیک و ویژگیهای مواد وابسته است.
در سال ۱۸۸۳، چارلز فریتس، مخترع آمریکایی، نخستین نمونههای ابتدایی سلول خورشیدی را تولید کرد. این سلولها با استفاده از سلنیوم ساخته شده بودند و بازده بسیار پایینی داشتند، اما اهمیت تاریخی آنها در این بود که برای نخستین بار یک فناوری عملی برای تبدیل نور به برق در اختیار دانشمندان قرار گرفت. این دستاورد اگرچه فاصله زیادی با پنلهای خورشیدی امروزی داشت، اما نشان داد ایده تولید انرژی از خورشید میتواند از مرحله نظری عبور کند.
ورود به قرن بیستم، دورهای تازه برای شناخت ساختار ماده و توسعه فناوریهای الکتریکی بود. کشفهای جدید در حوزه فیزیک کوانتوم و شناخت نیمهرساناها، مسیر توسعه سلولهای خورشیدی را تغییر داد. دانشمندان دریافتند موادی مانند سیلیکون، به دلیل ویژگیهای خاص خود، میتوانند نقش مهمی در ساخت سلولهایی داشته باشند که نور را با بازده بیشتری به برق تبدیل میکنند.
در میانه قرن بیستم، رقابت علمی میان کشورهای صنعتی سرعت بیشتری گرفت. انرژی به یکی از عناصر اصلی قدرت اقتصادی و نظامی تبدیل شده بود و هر پیشرفت فناورانه میتوانست بر جایگاه کشورها در جهان تأثیر بگذارد. در همین دوران، پژوهشگران آزمایشگاههای شرکت بل در آمریکا موفق شدند نخستین سلول خورشیدی مدرن و کاربردی را در سال ۱۹۵۴ معرفی کنند. این دستاورد یکی از مهمترین نقاط عطف تاریخ انرژی خورشیدی بود، زیرا برای نخستین بار یک سلول خورشیدی با بازده قابل قبول ساخته شد که امکان استفاده عملی از آن را افزایش میداد.
نخستین میدان واقعی برای آزمایش توانایی پنلهای خورشیدی، زمین نبود؛ فضا بود. برنامههای فضایی در دهههای ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ به منبع انرژی مطمئن و طولانیمدت نیاز داشتند. ماهوارهها باید بدون دسترسی به سوخت یا تعمیرات مداوم، سالها در مدار زمین فعالیت میکردند. پنلهای خورشیدی به دلیل استفاده از انرژی دائمی خورشید، راهکاری مناسب برای این نیاز بودند. استفاده موفق از این فناوری در ماهوارهها، اعتماد دانشمندان و صنایع را به قابلیتهای انرژی خورشیدی افزایش داد.
با وجود این موفقیتها، پنلهای خورشیدی برای سالهای طولانی محصولی گرانقیمت باقی ماندند. هزینه بالای تولید سلولها، محدودیت فناوری و پیچیدگی فرآیند ساخت باعث شده بود کاربرد آنها بیشتر به پروژههای فضایی، مراکز تحقیقاتی و موقعیتهایی محدود شود که هزینه انرژی اهمیت کمتری نسبت به دسترسی مطمئن به برق داشت.
دهه ۱۹۷۰ فصل تازهای در تاریخ انرژی خورشیدی رقم زد. بحران نفت و افزایش نگرانی کشورها درباره وابستگی شدید به سوختهای فسیلی، نگاه دولتها را به سمت منابع جایگزین تغییر داد. انرژی خورشیدی که تا آن زمان بیشتر یک دستاورد علمی محسوب میشد، به تدریج وارد برنامههای توسعه انرژی کشورها شد. دولتها بودجههای تحقیقاتی افزایش دادند، دانشگاهها پروژههای تازهای آغاز کردند و شرکتها به دنبال راههایی برای تولید ارزانتر سلولهای خورشیدی رفتند.
از دهه ۱۹۸۰ به بعد، پیشرفت در فناوری ساخت نیمهرساناها و افزایش ظرفیت تولید، روند کاهش هزینه پنلهای خورشیدی را آغاز کرد. هرچه تولید بیشتر شد، تجربه صنعتی افزایش یافت و زنجیره تأمین گستردهتر شد، قیمت این فناوری نیز کاهش پیدا کرد. انرژی خورشیدی آرامآرام از یک فناوری تخصصی به گزینهای قابل استفاده برای بخشهای مختلف اقتصادی تبدیل شد.
تحول بزرگ صنعت خورشیدی در قرن بیستویکم با ورود گسترده کشورهای آسیایی به بازار جهانی شکل گرفت. توسعه کارخانههای بزرگ، سرمایهگذاری در تولید مواد اولیه و تمرکز بر صادرات، ظرفیت تولید پنلها را به شکل چشمگیری افزایش داد. چین در این میان توانست با ایجاد یک زنجیره کامل صنعتی، از تولید مواد اولیه تا ساخت پنلهای نهایی، به یکی از مهمترین بازیگران بازار جهانی تبدیل شود.
کاهش قیمت پنلها، مسیر استفاده از انرژی خورشیدی را تغییر داد. نیروگاههای بزرگ خورشیدی در مناطق کویری ساخته شدند، شرکتها برای کاهش هزینه برق به سمت نصب پنل روی ساختمانهای صنعتی رفتند و خانوادهها نیز در بسیاری از کشورها امکان تولید بخشی از برق مورد نیاز خود را پیدا کردند. این تحول، مفهوم سنتی تولید انرژی را دگرگون کرد؛ زیرا تولید برق دیگر تنها در انحصار نیروگاههای بزرگ نبود و مصرفکنندگان نیز میتوانستند به بخشی از زنجیره تولید تبدیل شوند.
امروز انرژی خورشیدی در بسیاری از کشورها یکی از پایههای اصلی آینده انرژی شناخته میشود. کشورهایی که زمانی وابستگی شدیدی به منابع فسیلی داشتند، اکنون سرمایهگذاری گستردهای روی نیروگاههای خورشیدی انجام میدهند. از مناطق بیابانی گرفته تا پشتبام خانهها، از مزارع کشاورزی تا پروژههای صنعتی، پنلهای خورشیدی به نمادی از پیوند فناوری و طبیعت تبدیل شدهاند.
تاریخ پنلهای خورشیدی نشان میدهد تحولهای بزرگ همیشه با یک کشف آغاز میشوند، اما برای تبدیل شدن به یک جریان جهانی به سالها پژوهش، سرمایهگذاری و تصمیمهای راهبردی نیاز دارند. اثر فتوولتائیک که در آزمایشگاه یک دانشمند فرانسوی کشف شد، امروز به صنعتی تبدیل شده که بر اقتصاد، سیاست انرژی و برنامههای توسعه کشورها تأثیر میگذارد.
خورشید، منبعی که میلیونها سال بدون توقف انرژی خود را به زمین فرستاده است، اکنون در مرکز یکی از بزرگترین رقابتهای فناورانه جهان قرار دارد. مسیر طیشده از نخستین سلولهای کمتوان تا نیروگاههای عظیم خورشیدی، نشان میدهد انسان چگونه توانسته یک پدیده طبیعی را به بخشی از آینده اقتصادی و صنعتی خود تبدیل کند.
این مسیر هنوز ادامه دارد. پژوهشگران در سراسر جهان به دنبال ساخت پنلهایی با بازده بیشتر، هزینه کمتر و قابلیت استفاده گستردهتر هستند. نسلهای جدید فناوری خورشیدی میتوانند نقش این صنعت را در آینده پررنگتر کنند. زمانهای که نور خورشید از یک پدیده طبیعی، به یکی از مهمترین پایههای تمدن انرژی تبدیل شده است./آسیانیوز
دیدگاه خود را بنویسید