أعلنت وكالة الطاقة الدولية في تقريرها لعام ٢٠٢٠ أن "الطاقة الشمسية ستصبح ملكة الكهرباء". ويتوقع خبراء الوكالة أن يُنتج العالم خلال العشرين عامًا القادمة طاقة شمسية تفوق ما يُنتجه اليوم بما يتراوح بين ٨ و١٣ ضعفًا. وستُسرّع تقنيات الألواح الشمسية الجديدة من نمو صناعة الطاقة الشمسية. فما هي هذه الابتكارات؟ دعونا نلقي نظرة على أحدث تقنيات الطاقة الشمسية التي ستُشكّل مستقبلنا.
1. توفر المزارع الشمسية العائمة كفاءة أعلى دون شغل مساحة كبيرة من الأرض
ما يُسمى بالخلايا الكهروضوئية العائمة قديمة نسبيًا: ظهرت أولى مزارع الطاقة الشمسية العائمة في أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. ومنذ ذلك الحين، طُوّر مبدأ بنائها، وتشهد تقنية الألواح الشمسية الجديدة هذه نجاحًا باهرًا، لا سيما في الدول الآسيوية حتى الآن.
الميزة الرئيسية لمزارع الطاقة الشمسية العائمة هي إمكانية تركيبها على أي مسطح مائي تقريبًا. تكلفة لوحة الطاقة الشمسية العائمة تُضاهي تكلفة تركيب نظام أرضي مماثل في الحجم. علاوة على ذلك، يُبرّد الماء الموجود أسفل وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، مما يزيد من كفاءة النظام ككل ويُقلل من هدر الطاقة. عادةً ما يكون أداء الألواح الشمسية العائمة أفضل بنسبة 5-10% من الأنظمة الأرضية.
تمتلك الصين والهند وكوريا الجنوبية مزارع طاقة شمسية عائمة ضخمة، لكن أكبرها قيد الإنشاء حاليًا في سنغافورة. وهذا منطقي جدًا لهذا البلد: فمساحته محدودة جدًا، لذا ستستغل الحكومة كل فرصة لاستغلال موارده المائية.
بدأت الطاقة الشمسية العائمة تُثير جدلاً واسعاً في الولايات المتحدة. فقد أطلق الجيش الأمريكي مزرعة عائمة على بحيرة بيج مودي في فورت براغ، كارولاينا الشمالية، في يونيو 2022. تبلغ قدرة هذه المزرعة الشمسية العائمة 1.1 ميغاواط، وتبلغ سعة تخزينها 2 ميغاواط/ساعة. وستُغذي هذه البطاريات معسكر ماكول بالطاقة خلال انقطاع التيار الكهربائي.
2. تقنية الطاقة الشمسية BIPV تجعل المباني مكتفية ذاتيًا
في المستقبل، لن نركّب ألواحًا شمسية على أسطح المباني لتزويدها بالطاقة، بل ستكون مولدات طاقة بحد ذاتها. تهدف تقنية الخلايا الكهروضوئية المتكاملة للمباني (BIPV) إلى استخدام العناصر الشمسية كمكونات للمباني، لتصبح مصدرًا للكهرباء لمكتب أو منزل المستقبل. باختصار، تتيح تقنية BIPV لأصحاب المنازل توفير تكاليف الكهرباء، وبالتالي تكلفة تركيب أنظمة الألواح الشمسية.
لكن الأمر لا يتعلق باستبدال الجدران والنوافذ بألواح وإنشاء "صناديق عمل". يجب أن تمتزج العناصر الشمسية بشكل طبيعي دون أن تؤثر على طريقة عمل الناس ومعيشتهم. على سبيل المثال، يبدو الزجاج الكهروضوئي كالزجاج العادي، ولكنه في الوقت نفسه يجمع كل طاقة الشمس.
على الرغم من أن تقنية BIPV تعود إلى سبعينيات القرن الماضي، إلا أنها لم تشهد انتشارًا واسعًا إلا مؤخرًا: فقد أصبحت عناصر الطاقة الشمسية أكثر سهولة في الحصول عليها وكفاءتها وتوافرها على نطاق واسع. واتباعًا لهذا التوجه، بدأ بعض مالكي المباني المكتبية بدمج عناصر الطاقة الكهروضوئية في مبانيهم الحالية. ويُطلق على هذا النظام اسم "تطبيقات الطاقة الكهروضوئية في المباني". حتى أن بناء المباني بأقوى أنظمة الألواح الشمسية BIPV أصبح منافسة بين رواد الأعمال. ومن البديهي أنه كلما كانت شركتك أكثر مراعاةً للبيئة، كلما تحسنت سمعتها. ويبدو أن شركة "آسيا كلين كابيتال" (ACC) قد فازت بالجائزة بفضل قدرتها المركبة البالغة 19 ميجاوات في حوض بناء سفن شرق الصين.
3. ألواح الطاقة الشمسية تُحوّل الألواح إلى مساحات إعلانية
الغلاف الشمسي هو ببساطة غلاف يُحيط باللوح الشمسي، مما يسمح للوحدة بالحفاظ على كفاءتها وعرض أي شيء عليها. إذا لم يعجبك مظهر الألواح الشمسية على سطح منزلك أو جدرانه، فإن هذه التقنية المبتكرة للسيارات الترفيهية تُتيح لك إخفاء الألواح الشمسية - ما عليك سوى اختيار الصورة المُخصصة المناسبة، مثل بلاط السقف أو العشب.
لا تقتصر التكنولوجيا الجديدة على الجانب الجمالي فحسب، بل تشمل أيضًا تحقيق الأرباح: إذ يمكن للشركات تحويل أنظمة الألواح الشمسية إلى لافتات إعلانية. ويمكن تخصيص الواجهات لعرض شعار الشركة أو منتج جديد في السوق، على سبيل المثال. علاوة على ذلك، تتيح لك الواجهات الشمسية خيار مراقبة أداء وحداتك. لكن الجانب السلبي هو التكلفة: فبالنسبة للواجهات الشمسية الرقيقة، يتعين عليك دفع 10% زيادة على سعر اللوحة. ومع ذلك، مع تطور تكنولوجيا الواجهات الشمسية، نتوقع انخفاضًا أكبر في السعر.
4. يسمح النسيج الشمسي لقميصك بشحن هاتفك
معظم أحدث الابتكارات في مجال الطاقة الشمسية تأتي من آسيا. لذا، ليس من المستغرب أن يكون المهندسون اليابانيون مسؤولين عن تطوير الأقمشة الشمسية. والآن، بعد أن دمجنا الخلايا الشمسية في المباني، فلماذا لا نفعل الشيء نفسه مع الأقمشة؟ يمكن استخدام الأقمشة الشمسية في صناعة الملابس والخيام والستائر: تمامًا مثل الألواح، فهي تلتقط الإشعاع الشمسي وتولد منه الكهرباء.
إمكانيات استخدام الأقمشة الشمسية لا حصر لها. تُنسج خيوط الطاقة الشمسية في المنسوجات، ما يُتيح لك طيّها ولفّها بسهولة حول أي شيء. تخيّل أن لديك غطاءً لهاتف ذكي مصنوعًا من قماش الطاقة الشمسية. استلقِ ببساطة على طاولة تحت أشعة الشمس، وسيشحن هاتفك الذكي. نظريًا، يمكنك ببساطة تغطية سقف منزلك بقماش الطاقة الشمسية. سيُولّد هذا القماش طاقة شمسية تمامًا مثل الألواح، ولكنك لن تحتاج إلى دفع تكاليف التركيب. وبالطبع، لا يزال إنتاج الطاقة من لوحة شمسية عادية على السطح أعلى من إنتاج قماش الطاقة الشمسية.
5. حواجز الضوضاء الشمسية تحول هدير الطريق السريع إلى طاقة خضراء
تُستخدم حواجز الضوضاء التي تعمل بالطاقة الشمسية (PVNB) على نطاق واسع في أوروبا، وبدأت بالظهور في الولايات المتحدة أيضًا. الفكرة بسيطة: بناء حواجز ضوضاء لحماية سكان المدن والقرى من ضوضاء حركة المرور على الطرق السريعة. توفر هذه الحواجز مساحة سطحية واسعة، وللاستفادة منها، ابتكر المهندسون فكرة إضافة عنصر شمسي إليها. ظهرت أول حواجز PVNB في سويسرا عام ١٩٨٩، والآن، يوجد أكبر عدد من حواجز PVNB في ألمانيا، حيث تم تركيب ١٨ حاجزًا قياسيًا عام ٢٠١٧. في الولايات المتحدة، لم يبدأ بناء هذه الحواجز إلا قبل بضع سنوات، ولكن من المتوقع الآن رؤيتها في جميع الولايات.
تُعدّ فعالية تكلفة حواجز الضوضاء الكهروضوئية محل تساؤل حاليًا، ويعتمد ذلك بشكل كبير على نوع الطاقة الشمسية المُضافة، وسعر الكهرباء في المنطقة، والحوافز الحكومية المُقدمة للطاقة المتجددة. وتتزايد كفاءة الوحدات الكهروضوئية بينما ينخفض ​​سعرها. وهذا ما يجعل حواجز الضوضاء المرورية التي تعمل بالطاقة الشمسية أكثر جاذبية.