تاریخچه انرژی خورشیدی

شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف، بزمان ما قبل تاریخ باز می گردد شاید به دوران سفالگری، در آن زمان روحانیون معابد به کمک جامهای بزرگ طلائی سیقل داده شده و اشعه خورشید، جهت روشن کردن آتشدانهای محراب استفاده می کردند، و یا در دوران فراعنه مصر در دوره آمنوفیس سوم (سالهای 1419-1455 قبل از میلاد ) بر اثر تابش خورشید بر مجسمه های ناطق، هوای داخل آنها گرم و مجسمه ها به صدا در می آمدند، همچنین بالای مقبره ممنن پسر آمنوفیس پرنده ای نصب کرده بودند که بوسیله تابش خورشید صبحگاهی، پرنده به صدا در می آمد.

مهمترین روایتی که در رابطه با استفاده از تابش خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم ( سالهای 212-287 ق-م ) می باشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید. گفته می شود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینه های کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشته است اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیده است. به همین علت از ارشمیدس به عنوان بنیانگذار استفاده از تابش خورشید نام می برند در حالیکه منابع مصری قدیمی تر از آن است.

رومیان در تاریخ می نویسند که آنها مغلوب یک نیروی نامرئی شدند که با خدایان در حال جنگ هستند. سئوال اینستکه آیا ارشمیدس اطلاعات کافی درباره علم اپتیک داشته و یا از روش ساده ای برای متمرکز کردن اشعه خورشید در یک نقطه استفاده کرده است. گویا این دانشمند کتابی به نام آئینه های آتش زا نوشته بود ولی متاسفانه نسخه ای از آن جهت روشن شدن مطلب موجود نیست.

حدود 1800 سال پس از ارشمیدس شخصی بنام کیرچر ( A.KIRCHER سال 1610-1680 ) شاهکار ارشمیدس را تکرار کرد و با استفاده ار تعدادی آئینه، یک لنگرگاه چوبی را از فاصله دور آتش زد و ثابت کرد که داستان حقیقت دارد. در سال 1615 سالمون ( SALMON DE CAUM ) اهل فرانسه بیانیه ای راجع به موتور خورشیدی منتشر کرد. او با استفاده از تعدادی عدسی که در یک قاب نصب شده بودند اشعه خورشید را بر روی یک استوانه فلزی سر بسته که قسمتی از آن از آب پر شده بود متمرکز نمود. تابش خورشید باعث گرم شدن هوای داخل استوانه شده و با انبساط هوا، فشار داخل محفظه افزایش یافته و آب به بیرون رانده می شد. این وسیله با اینکه جنبه اسباب بازی داشت ولی در واقع برای ایجاد علاقه جهت استفاده از انرژی خورشیدی بی تاثیر نبود.

 در قرن هجدهم ناتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت. بزرگترین کوره و از 360 قطعه آئینه تخت کوچک تشکیل شده بود که هر کدام به طور مستقل اشعه خورشید را به یک نقطه متمرکز می کردند. این محقق کوره کوچکتری را نیز که از 168 قطعه آئینه تشکیل شده بود در سال 1747 طراحی و تولید کرد و وبسیله آن یک تل چوبی را در فاصله 60 متری آتش زد.
دستگاههای خوراک پز خورشیدی اولین بار بوسیله شخصی بنام ( NICHELAS DE SAUCCER 1740-1799 ) ساخته شد، اجاق او شامل یک جعبه عایق شده با صفحه سیاهرنگی بود که قطعات شیشه ای درپوش آنرا تشکیل می دادند، اشعه خورشید با عبور از میان شیشه ها وارد جعبه شده و بوسیله سطح  سیاه جذب و درجه حرارت داخل جعبه را به 88 درجه سلسیوس  افزایش می داد.
آنتونی لاوازیه ( 1743-1794 ) خالق شیمی نوین برای کسب بیشترین انرژی از خالص ترین منبع حرارتی، تحقیقاتی در کوره های خورشیدی انجام داد و کوره ای ساخت که برای تشکیل یک عدسی محدب این کره از دو صفحه شیشه ای که بین این دو صفحه با الک پر شده بود، استفاده نمود. عدسی مایع به قطر 130 سانتی متر و به فاصله کانونی 320 سانتی متر بود. چون قدرت انکسار این عدسی مایع برای بدست آوردن درجه حرارت زیاد رد کانون آن موثر نبود، لاوازیه عدسی کوچک دیگری را در کانون آن قرار داد و با کوچکتر کردن فاصله کانونی موثر، این دستگاه قادر شد حتی پلاتینیوم را در دمای 1760 درجه سانتیگراد ذوب نماید.
بسمر ( BESSMER - 1813-1898 ) پدر فولاد جهان حرارت مورد نیاز کوره خود را با استفاده از انرژی خورشیدی تامین کرد. در قرن نوزدهم تلاشهایی جهت تبدیل انرژی خورشیدی به دیگر فرمهای انرژی مثل تولید بخار و استفاده در موتورهای بخار انجام گرفت، در این سالها چندین موتور بخار خورشیدی ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفتند.
در سال 1878 موشو ( MOUCHOT ) اولین کلکتور خورشیدی با متمرکز کننده مخروطی شکل طراحی کرد. آئینه های داخل مخروط تمام اشعه های خورشید را در نقطه ای در وسط مخروط ناقص که جذب کننده ای در آنجا نصب شده بود متمرکز می کرد. این کلکتور را اکسیکون ( AXICON ) می نامیدند. اولین اکسیکون بزرگی که ساخته شد شامل یک صفحه از جنس نقره با قطر 540 سانتی متر و به سطح 18/2 متر مربع بود. وزن آن با کلیه قسمتهای  متحرک در حدود 1400 کیلوگرم بود وقدرت داشت 78 درصد از انرژی خورشیدی تابیده شده را جذب کند. ولی از آنجا که در این طرح تابش خورشید بجای یک نقطه در یک سطح متمرکز می شد دارای شدت کمتری بود. قدرت تولیدی  مخروط ناقص موشو برای راه اندازی ماشین بخاری به قدرت 1/5 کیلووات کافی بود که تقریباً فقط 3 درصد از انرژی جذب شده را تحویل می داد در صورتیکه ماشینهای بخار ذغال سنگی قادر به تحویل 9 تا 11 درصد انرژی دریافتی می باشند. طی سالهای بعد، انرژی اخذ شده از خورشید، در مواردی نظیر تامین قدرت ماشینهای چاپ و یا تقطیر و شیرین کردن آب استفاده گردید.
اریکسون مبتکر سیکل موتور هوای گرم، قدرت مورد نیاز آزمایشات خود را بوسیله یک متمرکز کننده پارابولیک دریافت می کرد، این شخص با یک سطح انعکاسی برابر با 9/3 مترمربع در حدود0/7 کیلو وات انرژی دریافت می کرد.
در سال 1880 اولین کلکتور تخت خورشیدی بوسیله چارلز تلی یر ( TELIER ) ساخته شد. در سال 1888 وستر پیشنهاد استفاده از انرژی خورشیدی در ترموکوپلها را ارائه داد. باین ترتیب که با متمرکز کردن انرژی خورشیدی بر روی ترموکوپل و با استفاده از اساس کار آنها و با ایجاد منابع گرم و سرد، انرژی الکتریکی در دو سر سیمهای نیکل و آهن ایجاد نمود.
در قرن نوزدهم دستگاههای آب شیرین کن خورشیدی رواج پیدا کردند و دستگاههائی ساخته شدند که قادر بودند در روزهای آفتابی روزانه حدود 20000 لیتر آب مقطر تولید نمایند.
در قرن بیستم (قرن حاضر) استفاده از کلکتورها جهت تولید بخار در نیروگاههای برقی مورد توجه زیاد قرر گرفته است. گرم کردن ساختمانها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه ای بود که در سالهای 1930 مطرح و در یک دهه به پیشرفتهای قابل توجهی نائل آمد. اولین خانه خورشیدی در انستیتو تکنولوژی ماساچوست آمریکا (MIT) در سال 1938 ساخته شد. پیشرفت در طراحی و ساخت خانه های خورشیدی و آبگرمکنها آنچنان سریع بود که تصور می شد تا سال 1970 گرمایش میلیونها خانه در کشورهای مختلف بوسیله انرژی خورشید تامین خواهد شد اما نه تنها چنین نشد آمار نشان می دهد که گرمایش خورشیدی در سالهای 1970 نسبت به سال 1955 کمتر هم شده بود.
علت چه بود؟
بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستم هاو در عین حال عرضه نفت و گاز ارزان، سد راه پیشرفت این سیستم ها شده بود. اما بحران انرژی در سال 1974 و از طرفی پیشرفت تکنیک ساخت کلکتورهای مختلف خورشیدی، و احتمال کاهش و یا اتمام بعضی از منابع زیر زمینی، بار دیگر توجه جهانیان را به انرژی خورشیدی جلب کرده و با تلاشهای زیادی در اکثر کشورهای مختلف جهان، در جهت تکامل و پیشرفت این تکنیک صورت می گیرد.
در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم های مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره گیری می شود که اهم آنها عبارتند از:

1- سیستم های فتوبیولوژیک : تغییراتی که در حیات و زیست گیاهان و جانداران بوسیله نور خورشید و فتوسنتز ایجادمی گردد، فرآیند تجزیه کود حیوانات و استفاده از گاز آن

2- سیستم های فتو شیمیایی : تغییرات شیمیائی در اثر نور خورشید - الکترولیزهای نوری - سلولهای فتوولتائیک الکتروشیمی- تاسیسات تهیه هیدروژن

3- سیستم های فتوولتائیک : تبدیل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی - سلولهای خورشیدی

4- سیستم های حرارتی و برودتی : شامل سیستم های تهیه آب گرم- گرمایش و سرمایش ساختمانها- تهیه آب شیرین- سیستمهای انتقال و پمپاژ- سیستمهای تولید فضای سبز ( گلخانه ها) - خشک کنها و اجاقهای خورشیدی - سیستم های سرد سازی - برجهای نیرو - خشک کنهای خورشیدی - نیروگاههای خورشیدی.