أين يجب أن نضع الكثير من الألواح الشمسية？

ال "اتفاق باريس》 ويخلص التقرير إلى ضرورة بذل الجهود للسيطرة على ظاهرة الاحتباس الحراري عند 1.5 درجة مئوية، وإلا فإنها ستؤدي إلى آثار خطيرة مثل ارتفاع مستوى سطح البحر، والطقس المتطرف، والأضرار البيئية، والأمراض. لكن الوقت ينفد، ولا تزال الطاقة الشمسية تمثل 3.7% فقط من إنتاج الطاقة. نحن بحاجة ماسة إلى المزيد من الطاقة الشمسية. ولكن أين سنضع الألواح الشمسية؟ أنها تتطلب مساحة كبيرة. تلعب التكنولوجيا الكهروضوئية المتكاملة دورًا مربحًا للجانبين في مجالات متعددة، وتعد الأسطح الشمسية في المدن والبلدات مثالًا نموذجيًا. سنتحدث اليوم عن تقنيات الطاقة الكهروضوئية المتكاملة الأخرى.

الضوئية الزراعية 

ألواح شمسية مزدوجة الجوانب، يمكن استخدام الأرض بينهما لزراعة المحاصيل والماشية؛ وبدلاً من ذلك، فإنلوحة شمسيةيمكن تدويرها نحو الشمس. وبدلاً من ذلك، يمكن وضعها على ارتفاع كافٍ للسماح للمزارعين بالمشي والعمل في الأسفل، والتمتع ببعض الظل. قد تظن أن القيام بذلك سيؤدي إلى تقليل إنتاجية المحاصيل، ولن تنمو المحاصيل بشكل جيد فحسب، بل ستتضاعف إنتاجية الطماطم والفلفل الحار لأنها ستوقف عملية التمثيل الضوئي تحت ضغط كبير. يمكن للألواح الشمسية أيضًا حماية المحاصيل الموجودة بالأسفل من الأمطار الغزيرة والبرد. ويمكن للمزارعين أيضًا إعادة بيع الطاقة الشمسية الزائدة للسكان المحليين. ويعني تغير المناخ أن مثل هذا الطقس المتطرف يتزايد تدريجياً. ويمكنه أيضًا ضمان تقليل كمية المياه المطلوبة للري، مما يجعله مفيدًا جدًا في حالة قاسية أخرى: المناطق القاحلة.

على الرغم من أن الطاقة الشمسية توفر عوائد مغرية، إلا أن تكلفة الاستثمار لا تزال أكثر من ضعف تكلفة التركيب الأرضي، ولا يمكنك استخدام الحقل بأكمله لزراعة الغذاء. سوف تشغل المقابس المثبتة على اللوحة ما بين 1% إلى 12% من المساحة، اعتمادًا على المحصول والنظام الكهروضوئي. ومع ذلك، فإن الاتجاه في السنوات القليلة المقبلة مليء بالأمل. ووفقا لوكالات تحليل السوق، من المتوقع أن ينمو السوق العالمي بنسبة 40٪ في السنوات الخمس المقبلة. وفي المناطق القاحلة والأماكن التي تعتمد بشكل كبير على الأرض، مثل الهند وإندونيسيا والعديد من بلدان أفريقيا وأمريكا الجنوبية، يمكن للخلايا الكهروضوئية الزراعية توفير الكثير من المياه والأراضي. يعد الجمع بين الألواح الشمسية والأرض وسيلة لإنقاذ الأرض. ماذا عن تركيب الطاقة الشمسية على الماء؟

توليد الطاقة الكهروضوئية العائمة (FPV)

يتم تركيب الطاقة الشمسية على هيكل يشبه الطوافة يطفو على الماء، ويمكن لـ 10% فقط من جميع الخزانات المتاحة في العالم توفير قدرة قصوى مركبة تبلغ 23 تيراواط. وعلى المدى الطويل، تكفي هذه الـ 23 تيراواط من توليد الطاقة لتلبية احتياجات عالم اليوم من الكهرباء في غضون عام واحد. وفقًا لتقرير نشره المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) في الولايات المتحدة، يمكن أن تلعب الخلايا الكهروضوئية العائمة دورًا رئيسيًا في الهدف الإقليمي لرابطة دول جنوب شرق آسيا (ASEAN)، وهو تحقيق قدرة مركبة للطاقة المتجددة بنسبة 35٪ بحلول عام 2025. وحدد التقرير 7301 مسطحًا مائيًا مناسبًا لنشر الخلايا الكهروضوئية العائمة في جنوب شرق آسيا (88 خزانًا و7213 مسطحًا مائيًا طبيعيًا). بشكل عام، تبلغ القدرة الكهروضوئية العائمة للخزان 134-278 جيجاوات، والمسطح المائي الطبيعي 343-768 جيجاوات. قد تكون سنغافورة واحدة من أصغر الدول في العالم، ولكن هذا المركز المالي المزدهر هو واحد من البلدان التي لديها أكبر نسبة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون للفرد في آسيا. ورغم أن السلطات تضغط من أجل تغيير هذا الوضع، فإن الطاقة المتجددة تشكل تحديا في بلد لا توجد فيه أنهار لتوفير المياه لتوليد الطاقة وطاقة الرياح غير كافية لتشغيل التوربينات. لذلك، اتجهت هذه الدولة الاستوائية إلى توليد الطاقة الشمسية. ومع ذلك، في منطقة تبلغ مساحتها نصف مساحة لوس أنجلوس فقط، لا توجد مساحة زائدة تقريبًا. وقال جين تان، رئيس قسم الطاقة الشمسية في جنوب شرق آسيا: "بعد استنفاد الأسطح والأراضي المتاحة، فإن الإمكانات الضخمة التالية هي في الواقع مياهنا". وتمتد آلاف الألواح الشمسية اللامعة إلى المياه القريبة من سنغافورة، ويمكن للطاقة الشمسية هنا توليد 5 ميجاوات من الكهرباء، وهو ما يكفي لتوفير الكهرباء لـ 1400 شقة لمدة عام كامل. يمكن لمحطة الطاقة الكهروضوئية Dingzhuang Reservoir في Dezhou، Shandong، الصين توفير كهرباء نظيفة تبلغ 320 ميجاوات سنويًا، وتوفير 168000 طن من الفحم القياسي، وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 453000 طن.

توليد الطاقة العائمة الصينية

هذا ليس كل شيء، ففي ظل النسخة الشمسية، يمكنك أيضًا تربية الأسماك في أسوار تربية الأحياء المائية، مما يمكن أن يدر دخلاً إضافيًا. قد تكون مشاريع الطاقة الكهروضوئية العائمة مفيدة بشكل خاص للسدود الكهرومائية. في الصيف، يمكن للألواح الشمسية توليد الكهرباء - عندما يكون الطقس رطبًا، يمكن بدء الطاقة الكهرومائية، ويمكنها أيضًا تبريد الألواح العائمة لجعلها أكثر كفاءة. ومن خلال حماية سطح الماء من أشعة الشمس، يمكن للألواح أن تقلل من التبخر، مما يجعلها وسيلة توصيل حقيقية أثناء تغير المناخ عندما تصبح المياه ثمينة بشكل متزايد. ندرة المياه هي قضية رئيسية، وخاصة في المناطق القاحلة مثل أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، وجنوب شرق آسيا، أو الشرق الأوسط. في ظل الظروف القاسية، قد يتم فقدان ما يصل إلى 90٪ من هطول الأمطار بسبب التبخر. يمكن أن تساعد الألواح الشمسية العائمة في حل هذه المشكلة. ووفقاً لدراسة أجريت في الأردن، فإن استخدام الألواح الكهروضوئية العائمة على الخزانات يمكن أن يقلل من فقدان المياه بنسبة 42% مقارنة بالخزانات غير المغطاة. إن استخدام هذه الألواح في المسطحات المائية الداخلية ليس سوى البداية. تعد الألواح العائمة على المحيط أكثر فعالية من الطفو على الخزانات، وتولد الألواح المحيطية طاقة أكثر بنسبة 13٪ من الخزانات لأن المحيط أكثر قدرة على تبريد النظام من البحيرات أو البحيرات، مما سيؤدي إلى تحسين كفاءة توليد الطاقة بشكل كبير. عادة ما تكون مساحة المحيط بين مزارع الرياح البحرية كبيرة، ويمكن استخدام الوسط للطاقة الشمسية العائمة.

وتتمثل وظيفة التكنولوجيا الكهروضوئية العائمة في عدم احتلال موارد الأرض، وتقليل تبخر المياه، وحجب أشعة الشمس وتثبيط نمو الطحالب، وحتى توفير أرباح إضافية للمزارع السمكية. فلماذا نبدأ الآن فقط؟ ويعود جزء من السبب إلى التكلفة، حيث تتطلب الطاقة الشمسية العائمة معدات متخصصة وموظفي تركيب مدربين. يجب أن يكون هيكل اللوحة قادرًا على تحمل الرياح والأمواج والتآكل. وهذا يعني أن عمرهم أطول من عمرهم على الأرض. وقد أدى ذلك إلى ارتفاع أسعار توليد الكهرباء بنسبة 2% إلى 20% اليوم. لكن الخبراء يقولون إن الأسعار ستنخفض بشكل كبير في المستقبل. يمكن للخلايا الكهروضوئية العائمة أن تقلل من نمو الطحالب، وتقلل من المخاطر الصحية، وتقلل من تكاليف معالجة المياه. لكن التغيرات في كيمياء الماء يمكن أن تؤدي أيضًا إلى النترجة والأكسجين. حتى الآن، لم تجد دراسات متعددة أي آثار خطيرة على نوعية المياه أو النظم البيئية. ويتوقع الخبراء أن يصل معدل النمو السنوي للخلايا الكهروضوئية العائمة إلى 30% في السنوات الخمس المقبلة، مع تركز السوق بشكل رئيسي في آسيا، لكن أوروبا وأفريقيا والولايات المتحدة بدأت أيضًا في الاستثمار.

بشكل عام، يمكن للتكنولوجيا الكهروضوئية المتكاملة أن تحقق وضعًا مربحًا للجانبين دون احتلال موارد الأراضي الثمينة، ومن المتوقع أن تصبح عنصرًا مهمًا في التيار الرئيسي للطاقة في المستقبل، مما يساهم في التنمية المستدامة وحماية البيئة. ومع ذلك، فإن تحقيق هذه الآفاق يتطلب جهودا مشتركة من الحكومة والشركات والمؤسسات البحثية لتعزيز الابتكار التكنولوجي، وتعزيز السوق، وصياغة اللوائح والسياسات.