Earth 2050
جديد

الكهرباء

الطاقة الشمسية

لماذا الطاقة الشمسية هي مستقبل كوكبنا

هل يمكن للبشر تشغيل الكوكب كله بالطاقة من صحراء؟ نستكشف هذه الفكرة وخيارات أخرى، من الطاقة الشمسية على الأسطح إلى الزراعة الشمسية وصولاً إلى الألواح الشمسية العائمة. نوضح كيف تعمل الطاقة الشمسية فعلاً، ونستكشف مواد جديدة مثل البيروفسكايت التي تحوّل النوافذ إلى ألواح شمسية. أصبحت الطاقة الشمسية الآن أرخص مصدر للطاقة في تاريخ البشرية، لكن ما زالت هناك بعض المشاكل التي يجب تجاوزها...

تحميل الدليل
التأثيرالسرعةالتكلفةالنضجالطبيعة

4.6إجمالي

كيف يتم تقييم هذا الحل

  • التأثير5 / 5ضوء الشمس هو أكبر مصدر للطاقة على الأرض، والطاقة الشمسية هي الأسرع انتشاراً.
  • السرعة5 / 5تنتقل المزارع الشمسية من الترخيص إلى توليد الكهرباء خلال أشهر، وتتوسع بسرعة.
  • التكلفة5 / 5أرخص كهرباء أُنتجت على الإطلاق؛ وتغطي تكلفتها بنفسها.
  • النضج5 / 5ناضجة، تُنتج بكميات كبيرة ومركّبة في كل البلدان تقريبًا.
  • الطبيعة3 / 5ضرر قليل، لكن الألواح تحتاج إلى مواد والمزارع الشمسية الكبيرة تشغل مساحة.

دليل

هذا هو النص المصوّر للفيلم. الدليل متاح حالياً بالإنجليزية فقط - لغتك قادمة قريباً.

دليل 1/11دليل 2/11دليل 3/11دليل 4/11دليل 5/11دليل 6/11دليل 7/11دليل 8/11دليل 9/11دليل 10/11دليل 11/11

اختبار

السؤال 1 من 10

ما الذي يُقال إن أرخميدس استخدمه ضد السفن الرومانية الغازية؟

النتيجة 0 / 10

النص

منذ آلاف السنين، ينظر البشر إلى الشمس بدهشة وإعجاب وبعيون نصف مغمضة. عبدوها، وقاسوا بها الوقت، ويحبون التشمس - وأحيانًا يحرقون أنفسهم - تحت أشعتها.

لكن ماذا لو كانت الشمس أكثر من مجرد وسيلة للتسمير؟ ماذا لو استطاعت أن تحل محل الوقود الأحفوري وتحل مشاكل الطاقة لدى البشر؟

أهلًا بك في عالم الطاقة الشمسية!

يستخدم البشر حرارة الشمس منذ أن لاحظوا وجودها. في الواقع، يُقال إن العالم اليوناني القديم أرخميدس استخدم مجموعة من المرايا العملاقة لتركيز تلك الأشعة الذهبية الجميلة في شعاع شديد الحرارة أشعل سفن الرومان الغازية [1,2,3]. ربما سببت حروق شمس رهيبة!

لكن احتاج الأمر إلى 2000 سنة أخرى قبل أن يكتشف فرنسي ذكي بنفس القدر يُدعى إدموند بيكريل أنه، باستخدام المواد المناسبة، يمكن تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء [4,5,6].

وبعد ذلك بقليل، في عام 1954، أدى اكتشافه إلى تطوير أول خلية شمسية من السيليكون [4,5,7,8] - وفتح احتمال توفير طاقة غير محدودة ورخيصة ووفيرة للجميع. لكن كيف تعمل تكنولوجيا الطاقة الشمسية بالضبط؟

يتكون الضوء من جسيمات صغيرة تُسمى فوتونات، وتحمل طاقة تنتقل بسرعة... حسنًا، بسرعة الضوء.

في كل ثانية، تصطدم الفوتونات المنبعثة من الشمس بالغلاف الجوي للأرض والمحيطات والقارات، مولدةً حرارة إما تدفئ الكوكب - أو تحرق سفن الرومان إذا كانت لديك مجموعة من المرايا العملاقة!

لكن، إذا اصطدمت بنوع محدد جدًا من المواد يُسمى شبه موصل، تتصرف هذه الفوتونات مثل كرات البولينغ، فتدفع الإلكترونات بعيدًا عن الذرات التي تصطدم بها [9,10] - وهذه الإلكترونات هي التي تولد الكهرباء. إذًا هذا هو المبدأ وراء الألواح الشمسية...

لكن هل يمكن لهذه التكنولوجيا فعلًا أن تلبي شهية البشر النهمة للطاقة؟

لتوليد كهرباء تكفي لتشغيل كل أجهزة التلفاز والهواتف وأسرّة التسمير وكل شيء آخر يمكن تشغيله بالكهرباء، ستحتاج إلى أكثر من مئة ألف كيلومتر مربع من الألواح الشمسية [11] - قد يبدو هذا كثيرًا، لكنه لا يمثل سوى 1.5% من الصحراء الكبرى [11].

فلماذا لا يشغل البشر العالم بمزرعة شمسية ضخمة في الصحراء الكبرى؟

حسنًا، اتضح أن الصحارى ليست أماكن مضيافة بالضبط. فالحرارة الحارقة والرمال التي تحملها رياح الصحراء قد تقللان كفاءة الألواح الشمسية [12,13,14]، ولأن الصحراء الكبرى بعيدة جدًا، يواجه التركيب والصيانة تحديات [15,16] - ناهيك عن الحاجة إلى نقل الكهرباء عبر آلاف الكيلومترات من الكابلات [17,18].

رغم أن هذه التحديات التقنية يمكن تجاوزها نظريًا، فإن المشاكل الأكبر تأتي من التعقيدات الجيوسياسية لمشروع طموح كهذا [16,17,18]، ما يجعل مزرعة شمسية ضخمة في الصحراء الكبرى تغذي العالم كله تبدو فجأة أقل منطقية!

لحسن الحظ، ليس من الضروري أن تكون المزارع الشمسية في الصحراء. في الواقع، يمكن وضع الألواح الشمسية في أي مكان تقريبًا، وقد يكفي تركيبها على نصف أسطح المباني في العالم لتلبية احتياجات البشر من الكهرباء [19,20,21].

ويمكن أيضًا وضعها بجانب المحاصيل في الأراضي الزراعية [22,23] لإنتاج اثنين من الأشياء المفضلة لدى البشر معًا - الطعام والكهرباء.

بل يمكن وضع الألواح العائمة على خزانات المياه حول العالم [24,25]، لحمايتها من التبخر [26,27] وضمان حصول البشر على ما يكفي من الماء للبقاء مرتوين خلال جلسات التسمير الطويلة. في الواقع، تمتلك خزانات المياه مساحة سطح كافية لتوفير كل كهرباء العالم وحدها [28,29,30].

إذًا، من المؤكد أن الألواح الشمسية قادرة على تشغيل العالم، لكن هل هذا عملي؟

التحدي الأول مألوف جدًا للبشر - صنع الألواح أساسًا. ولصنعها، يحتاج البشر إلى موارد وطاقة، وكلها لها تكاليف [31]. فمثلًا، يجب استخراج السيليكون الموجود في الخلايا الشمسية ومعالجته، وقد يسبب ذلك مشاكله البيئية الخاصة [32,33].

ربما يمكن تلخيص أكبر عقبة أمام الطاقة الشمسية في سؤال واحد بسيط... ماذا يحدث حين لا تشرق الشمس؟

إذا قضيت وقتًا على الأرض من قبل، فربما لاحظت أن نحو 12 ساعة من كل 24 ساعة تكون في الظلام - وبحسب مكانك، تكون بعض المناطق أكثر ظلامًا بكثير من غيرها [34,35].

والأسوأ أن الغيوم المزعجة قد تعترض الطريق حتى خلال ساعات النهار، وهذا ليس مثاليًا تمامًا إذا كنت تحتاج ضوء الشمس لإنتاج الكهرباء [36]. وهذا يعني أن الطاقة الشمسية مصدر طاقة يُعرف بأنه متقطع.

ولأن الطلب على الكهرباء يتغير خلال اليوم، لا تنتج الطاقة الشمسية دائمًا ما نحتاجه - فأحيانًا تنتج أكثر من اللازم، وأحيانًا لا تنتج ما يكفي لتلبية الطلب [37]. لذلك، إما أن يُخزن فائض الطاقة لاستخدامه لاحقًا، أو نحتاج إلى مصادر أخرى حين لا تشرق الشمس [38,39,40].

في الوقت الحالي، لم يكتشف البشر طريقة لتخزين طاقة شمسية كافية لتغذية العالم كله بشكل موثوق، لذا في الوقت الراهن، لن تتمكن الطاقة الشمسية من تشغيل الكوكب وحدها.

لكن لا تخف! مثل أرخميدس القديم وبيكريل الذكي، يعمل كثير من البشر اليوم على حلول تكنولوجية، وعملهم يحقق نتائج ممتازة.

يمكن لمواد مثل البيروفسكايت أن تجعل الألواح الشمسية أكثر كفاءة [41,42]، وأنظف بيئيًا، وأقل استهلاكًا للموارد من ألواح السيليكون التقليدية [43]. ويمكن حتى طلاء البيروفسكايت أو طباعته أو رشه على أسطح منها الزجاج [41,44]، لتحويل النوافذ إلى ألواح شمسية [45].

كما أن التقدم في إعادة التدوير يقلل أكثر من الحاجة إلى استخراج المعادن [46,47]، وانخفضت تكلفة الألواح الشمسية بسرعة بأكثر من 99% خلال آخر 40 عامًا [48-52]، لتصل الطاقة الشمسية إلى المركز الأول بالتساوي مع طاقة الرياح في السباق الكبير لإيجاد أرخص مصدر للطاقة في تاريخ البشر [53,54]. وإذا كان هناك شيء يحبه البشر أكثر من الكهرباء أو الطعام أو السمرة الشمسية، فهو الصفقة الرابحة!

لكن ماذا عن استخدام فكرة أرخميدس لتركيز الطاقة الشمسية في نقطة واحدة؟ هل يمكن استخدامها لإنتاج الكهرباء؟ حسنًا، نعم - توجد اليوم محطات للطاقة الشمسية المركزة، وتعمل عبر تركيز مرايا عملاقة لتسخين الملح المصهور؛ ثم تولد هذه الحرارة الكهرباء. لكن بسبب انخفاض الأسعار بسرعة، أصبحت مجموعات الألواح الشمسية تولد الكهرباء الآن بنحو ثلث تكلفة محطات الطاقة الشمسية المركزة [54].

إذًا، يبدو أن الألواح الشمسية هي الحل للمستقبل. في الواقع، أصبحت رخيصة الآن لدرجة أن قدرتها العالمية تتضاعف تقريبًا كل ثلاث سنوات [55]، وهي في طريقها لتوفير أكثر من نصف كهرباء العالم بحلول عام 2050 [56,57,58].

لكن هل يمكنها فعلًا أن تحل محل الوقود الأحفوري وتنقذ الكوكب؟ حسنًا، ربما لا وحدها... لكن مع مصادر طاقة أخرى - ونظام لتخزين الطاقة يعمل معها - يمكن للألواح الشمسية أن تساعد البشر على التخلص من إدمان الوقود الأحفوري وصنع مستقبل يلمع أكثر من أي وقت مضى!

المستشارون الخبراء

نتوجه بالشكر إلى

Prof. Alastair Buckley

جامعة شيفيلد

كلية العلوم الرياضية والفيزيائية

Dr. Dan Lamb

جامعة سوانسي

مركز MOCVD للأكاسيد والكالكوجينيدات، CISM

فيديوهات إضافية

هذه الموارد ليست تابعة لنا. كل ما هو مرتبط هنا باللغة الإنجليزية.

نظرة عامة - كيف تعمل الألواح الشمسية - داخل أشباه الموصلات - وصلات PN والفيزياء

نظرة عامة - كيف تعمل الألواح الشمسية - أنظمة الألواح الشمسية - المصفوفات والمزارع والشبكة

مستقبل الطاقة الشمسية - التكاليف والحجم والانتشار العالمي - دراسات حالة نحو مستقبل يعتمد على الطاقة المتجددة بنسبة 100% (بالدمج مع طاقة الرياح والبطاريات)

مستقبل الطاقة الشمسية - التكاليف والحجم والانتشار العالمي - توقعات مراكز الأبحاث

الجغرافيا والتطبيقات - الفرص العالمية للمزارع والأنظمة العائمة والهجينة

قراءة إضافية

هذه الموارد ليست تابعة لنا. كل ما هو مرتبط هنا باللغة الإنجليزية.

كيف يعمل

الطاقة الشمسية في الصحراء الكبرى

الزراعة الشمسية

الألواح الشمسية العائمة

منحنى البطة

إعادة تدوير الخلايا الشمسية

تخزين الطاقة

تكنولوجيا الطاقة الشمسية المستقبلية

التحول في الطاقة

المراجع

كل ما هو مرتبط هنا باللغة الإنجليزية.

  1. [1] حصار سرقوسة (214-212 ق.م.) | الأهمية، الوصف، وأرخميدس | Britannica
  2. [2] Archimedes - ماذا فعل غير أن يصرخ Eureka؟ (متاح عبر Archive.org)
  3. [3] إعادة صنع شعاع موت قديم | The New York Times
  4. [4] أول خلية شمسية عملية من السيليكون | American Physical Society
  5. [5] تاريخ موجز للألواح الشمسية | Smithsonian Magazine
  6. [6] مذكرة بيكريل لعام 1839 - تأثير الإشعاع على شرائح معدنية | Academy of Sciences Weekly Reports
  7. [7] اختراع الخلية الشمسية | Popular Science (مقتطف من Let It Shine - The 6,000-Year Story of Solar Energy)
  8. [8] تعمق في الوثيقة: براءة اختراع أول خلية شمسية عملية | Smithsonian Magazine
  9. [9] الخلايا الكهروضوئية والكهرباء | U.S. Energy Information Administration
  10. [10] دليل علوم وهندسة الخلايا الكهروضوئية | Wiley Online Library
  11. [11] يمكننا تزويد العالم كله بالطاقة عبر تسخير الطاقة الشمسية من 1% من الصحراء | Forbes (انظر ملاحظات مرجعية*)
  12. [12] تأثير تقنيات الخلايا الكهروضوئية وارتفاع الحرارة على أداء النظام الكهروضوئي | Ain Shams Engineering Journal
  13. [13] الاصطدام العمودي لحبيبات الرمل بأسطح زجاج الألواح الشمسية | Tribology International
  14. [14] الطقس الحار جداً قد يعيق الألواح الشمسية، بحسب الخبراء | World Economic Forum
  15. [15] هل يمكن لمصفوفة شمسية عملاقة في الصحراء أن تلبي احتياجاتنا من الطاقة؟ | CORDIS European Commission
  16. [16] أكثر من مجرد طاقة نظيفة: طاقة الرياح والطاقة الشمسية في الصحراء قد تزيد هطول الأمطار في الساحل | UNEP
  17. [17] في سباق الطاقة النظيفة، تتجه أوروبا إلى شمال أفريقيا | Yale E360
  18. [18] (لماذا) فشل Desertec؟ تحليل مرحلي لمشروع بنية تحتية للطاقة المتجددة واسع النطاق | Local Environment
  19. [19] تقييم عالمي مكاني وزماني لإمكانات الخلايا الكهروضوئية على الأسطح لتوليد الكهرباء المتجددة | Nature Communications (انظر ملاحظات مرجعية*)
  20. [20] الأراضي الزراعية والأسطح: الإمكانات العالمية غير المستغلة بما يكفي للطاقة الشمسية الكهروضوئية | Environmental Research Letters (انظر ملاحظات مرجعية*)
  21. [21] نمذجة الإمكانات العالمية للطاقة الكهروضوئية على اليابسة وحساسيتها لتغير المناخ | Environmental Research Letters (انظر ملاحظات مرجعية*)
  22. [22] الزراعة الشمسية: دمج الألواح الشمسية والزراعة لتحقيق مكسب للجميع | Statkraft
  23. [23] الزراعة الشمسية: الطاقة الشمسية والزراعة في الموقع نفسه | US Department of Energy
  24. [24] الطاقة الكهروضوئية العائمة: في صعود بأوروبا | Intersolar Europe
  25. [25] حيث تلتقي الشمس بالماء: تقرير سوق الطاقة الشمسية العائمة | ESMAP
  26. [26] فجر الطاقة الشمسية العائمة - التكنولوجيا والفوائد والتحديات | Proceedings of the World Conference on Floating Solutions 2019
  27. [27] الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة للحد من التبخر في المناطق التي تعاني شح المياه وتشغيل ضخ المياه: دراسة حالة الأردن | Energy Conversion and Management
  28. [28] إنتاج الطاقة وتوفير المياه من الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة على الخزانات العالمية | Nature Sustainability (ورد ذكره في الألواح الشمسية العائمة على الخزانات قد توفر طاقة لثلث العالم، حسب دراسة | The Independent) (انظر ملاحظات مرجعية*)
  29. [29] الجمع بين محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة وخزانات الطاقة الكهرومائية | Energy Procedia (انظر ملاحظات مرجعية*)
  30. [30] وضع وإمكانات الطاقة الكهروضوئية العائمة عالميًا | Progress in Energy (انظر ملاحظات مرجعية*)
  31. [31] الآثار البيئية لتوليد الكهرباء بالطاقة الكهروضوئية - مقارنة نقدية لخيارات إمداد الطاقة | 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference | UN CTNC
  32. [32] أثر تعدين السيليكا على البيئة | Journal of Geography and Regional Planning
  33. [33] الآثار البيئية لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية: مراجعة نقدية للتقدم الحديث والآفاق المستقبلية | Science of The Total Environment
  34. [34] تقييم مكاني لإمكانات الطاقة الشمسية على نطاق عالمي. نهج جغرافي | Journal of Cleaner Production
  35. [35] تقطع توليد الطاقة الشمسية وتجميعها | Nature
  36. [36] التباين المكاني والزماني لمتغيرات المناخ وإنتاج الكهرباء المتجددة المتقطع - مراجعة | Renewable and Sustainable Energy Reviews
  37. [37] عشرة أعوام من تحليل منحنى البطة: كيف يساعد اكتشاف NREL عام 2008 على إدخال المزيد من الطاقة الشمسية إلى الشبكة اليوم | NLR (NREL) (مؤرشف)
  38. [38] تخزين الطاقة مهم لإنشاء أنظمة كهرباء ميسورة التكلفة وموثوقة تنخفض انبعاثاتها الكربونية بدرجة كبيرة | MIT News
  39. [39] مراجعة حول تكامل مصادر الطاقة المتجددة | Solar Energy
  40. [40] التخزين بالضخ ونظام هجين لتوليد الطاقة التكاملية من الرياح والطاقة الكهروضوئية | Applied Energy
  41. [41] مقدمة: لماذا البيروفسكايت والخلايا الشمسية من البيروفسكايت؟ | Prevoskite Photovoltaics
  42. [42] الخلايا الترادفية لديها قدرة كبيرة | Science (في ‘المادة المعجزة’ البيروفسكايت يحطم عتبة كفاءة الألواح الشمسية | The Independent)
  43. [43] رؤى جديدة حول الأداء البيئي لخلايا شمسية ترادفية من البيروفسكايت على السيليكون | Sustainable Energy & Fuels | RSC (في الآثار البيئية للطاقة الشمسية الكهروضوئية من البيروفسكايت | PV magazine International)
  44. [44] تقنيات البيروفسكايت الشمسية | Encyclopedia of Sustainable Technologies (2nd Edition)
  45. [45] نوافذ ذكية جديدة تصبح داكنة في الشمس - وتولد الكهرباء في الوقت نفسه | Science | AAAS
  46. [46] مراجعة حول إعادة تدوير الوحدات/الألواح الشمسية | Solar Energy Materials and Solar Cells
  47. [47] التقدم التقني في إعادة تدوير الطاقة الشمسية الكهروضوئية: مراجعة | Minerals
  48. [48] الابتكار التكنولوجي يتيح التخفيف من تغير المناخ بتكلفة منخفضة | Energy Research & Social Science (في الوقود الأحفوري ‘يصبح متقادماً’ مع هبوط أسعار الألواح الشمسية بشدة | The Independent)
  49. [49] انخفضت أسعار الألواح الشمسية بنحو 20% في كل مرة تضاعفت فيها القدرة العالمية | Our World in Data (انظر ملاحظات مرجعية*)
  50. [50] لماذا أصبحت الطاقة المتجددة رخيصة بهذه السرعة؟ | Our World in Data (انظر ملاحظات مرجعية*)
  51. [51] أسعار ألواح الطاقة الشمسية (الكهروضوئية) | Our World in Data (انظر ملاحظات مرجعية*)
  52. [52] 3Q 2024 Global PV Market Outlook | BloombergNEF (انظر ملاحظات مرجعية*)
  53. [53] World Energy Outlook 2024 - تحليل | IEA
  54. [54] Renewable Power Generation Costs in 2023 | IRENA (انظر ملاحظات مرجعية*)
  55. [55] Global Market Outlook For Solar Power 2022-2026 | Solar Power Europe (مؤرشف)
  56. [56] الكهرباء المتجددة منخفضة التكلفة كمحرك رئيسي للتحول العالمي في الطاقة نحو الاستدامة | Energy
  57. [57] زخم التحول إلى الطاقة الشمسية | Nature Communications (في UCL News | University College London)
  58. [58] قد تولد الطاقة الشمسية نصف كهرباء العالم بحلول 2050 | Bloomberg

ملاحظات مرجعية

11

المساحة التقديرية من الصحراء اللازمة لتزويد العالم بالطاقة من مزرعة شمسية في الصحراء الكبرى

المقال في هذا المرجع مأخوذ من نقاش على منصة مشاركة المعرفة عبر الإنترنت Quora، ولذلك لم يخضع لمراجعة رسمية أو يُنشر في مجلة أو تقرير علمي. لكنه اقتُبس منه وأُشير إليه وأُعيد نشره على نطاق واسع في كل من Forbes وNew York Times، ويذكر الكاتب أنه أول طرح يقترح حلاً بالطاقة الشمسية لاحتياجات الطاقة العالمية وينظر في جدوى وإمكانية تطبيق وأرقام «حل الصحراء». وقد تعرّض لنقد ودفاع دقيقين من الكاتب، وهو أكاديمي وخبير في الصناعة، وحظي بتأييد غير رسمي من زملاء أكاديميين ومهنيين في الصناعة. يمكن اعتبار بعض عناصر الاقتراح والحسابات الداعمة افتراضية أو حسابات تقريبية سريعة أو أساساً لسيناريوهات حلول حقيقية على أرض الواقع، وتُناقش في كلا السياقين، لكنها هنا تقدير توضيحي.

والأهم أنه يبني تقديره على إجمالي استهلاك الطاقة ويفترض كهربة كاملة لكل استخدامات الطاقة، بما فيها التدفئة والنقل والعمليات الصناعية. تختلف إمكانية كهربة هذه الاستخدامات مباشرة، وهي أحياناً غير عملية أو مستحيلة (بينما يمكن تشغيل بعضها بالهيدروجين الأخضر الناتج من التحليل الكهربائي بالطاقة الشمسية). يشير تقدير مُجمّع (أنتجه الذكاء الاصطناعي) إلى أن نحو 60-70% من الطلب العالمي على الطاقة يمكن كهربته عملياً بالتقنيات الحالية والقريبة المدى، استناداً إلى معطيات قطاعية من McKinsey وIRENA وتوقعات الطاقة العالمية لدى IEA A,B,C، مع الإقرار بوجود تحديات عملية. ستكون متطلبات مساحة مزرعة شمسية في الصحراء لتلبية الطلب العالمي الحالي على الكهرباء أقل بكثير.

عُدّل التقدير البالغ 1.2% من مساحة الصحراء الكبرى إلى 1.5% لمراعاة الزيادات الأخيرة في الطلب العالمي على الطاقة (نحو 19.6 تيراواط في 2023 D,E).

19,20,21

الإمكانات العالمية للألواح الشمسية على الأسطح

نمذَجت عدة أوراق بحثية الإمكانات العالمية للطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأسطح، لكن بنتائج مختلفة. وتقدّر إحدى الأوراق [19] أن المساحة الإجمالية المناسبة للألواح الشمسية الكهروضوئية على الأسطح يمكن أن تولّد 27 PWh سنويا، متجاوزة الطلب العالمي على الكهرباء آنذاك في 2018. وبسبب الاختلافات الجغرافية والموسمية في ضوء الشمس، وبالتالي في إمكانات الألواح الشمسية الكهروضوئية، لا تتوزع مساهمة مساحة الأسطح في كل منطقة بالتساوي ضمن هذه الإمكانات الإجمالية، أي إن قدرة منطقة ما قد تقل كثيرا عن طلبها، بينما قد تتجاوز قدرة منطقة أخرى الطلب وتساهم بشكل أكبر من غيرها في الإمداد العالمي. ويقدّر المؤلفون أن 50% على الأقل من مساحة الأسطح العالمية ستكون مطلوبة لتلبية الطلب العالمي السنوي على الكهرباء بعد جمع الطلب عبر المناطق.

اعتبارا من 2023، ارتفع الطلب العالمي على الكهرباء إلى أقل بقليل من 30 PWh F، متجاوزا إمكانات الألواح الشمسية الكهروضوئية العالمية على الأسطح التي أبلغت عنها [19] سابقا. وفي الوقت نفسه، بلغ إجمالي احتياجات الطاقة (بما يشمل التدفئة والنقل والعمليات الصناعية، إلى جانب الكهرباء) نحو 172 PWh D,E. وتسلط ورقة أخرى [20] الضوء على تناقضات في منهجية [19]، وتقدّر أن إمكانات الألواح الشمسية الكهروضوئية العالمية على الأسطح قد تصل إلى نحو 30.5 TW من أقصى قدرة يمكن تركيبها، ما يعادل أكثر من 267 PWh سنويا، وهو ما يفوق بكثير حتى إجمالي احتياجاتنا من الطاقة. وتقدّر ورقة ثالثة [21] بلوغ إمكانات عالمية للألواح الشمسية الكهروضوئية على الأسطح قدرها 175 TWh سنويا بحلول 2050، مع قابلية التغير بحسب سيناريوهات الانبعاثات المختلفة المستمرة. ويتضمن هذا التوقع التوسع في استخدام الأسطح لدعم مساحة إجمالية من الألواح الشمسية الكهروضوئية أكبر بكثير مما تذكره [19] حاليا. وبالنظر إلى هذه النتائج ومنهجياتها، نصل إلى الاستنتاج المتحفظ بأن نصف أسطح العالم فقط قد يكفي لتلبية احتياجات البشرية من الكهرباء.

28,29,30

الإمكانات العالمية للألواح الشمسية العائمة على الخزانات حول العالم

في إحدى الدراسات [28]، قُدّر إنتاج الطاقة المحتمل من تغطية 30% كحد أقصى من مساحة سطح كل خزان في العالم بالألواح الكهروضوئية العائمة (FPVs) (556,111 كم2 عبر 114,555 خزانًا) بنحو 9,434 تيراواط ساعة سنويًا. ويُعد هذا تقديرًا متحفظًا لأنه يفترض تغطية محدودة لسطح الخزانات بالألواح الكهروضوئية العائمة (30%) بسبب القيود التقنية والبيئية. وبالمثل، تشير دراسة أخرى [29] إلى أن 25% من مساحة سطح خزانات العالم يمكن أن تنتج 8,000 تيراواط ساعة سنويًا-1. ووفقًا لتوقعات وكالة الطاقة الدولية G، يعادل هذا ما لا يقل عن ربع الطلب العالمي على الكهرباء في المستقبل المنظور (ما يقارب ثلث الطلب، حتى نهاية 2023 F)، وقد تزيد القدرة أكثر مع بناء خزانات جديدة.

لكن دراسة أحدث [30] تسلط الضوء على تطورات في تكنولوجيا الألواح الشمسية لم تُؤخذ في الحسبان في تلك الدراسات السابقة، بما فيها أنظمة تتبع الشمس والألواح الشمسية ثنائية الوجه: «رغم أن أجهزة التتبع قد تزيد متطلبات طفو النظام وتثبيته وترفع تكاليفه الإجمالية، فإن مكسبها الكبير في الطاقة مقارنة بأنظمة الميل الثابت، إلى جانب تطور التقنيات وانخفاض التكلفة، سيجعلها على الأرجح أكثر شيوعًا في السنوات المقبلة». ولفهم أداء هذه التقنيات الجديدة عالميًا، «حللوا قدرة التركيب وإمكانات توليد الطاقة لتكوينات مختلفة من الألواح الكهروضوئية العائمة، بما فيها التركيبات ثابتة الميل بزوايا ميل مختلفة، وأساليب تتبع مختلفة، وأنواع مختلفة من الألواح (أحادية الوجه مقابل ثنائية الوجه) على 249,717 خزانًا داخليًا (اصطناعيًا وطبيعيًا) حول العالم بمساحة إجمالية قدرها 222,623 كم2 -أي نحو أربعة أضعاف تلك التي حُللت في» [28]. ومع هذه التحديثات، وجد المؤلفون أن إجمالي قدرة الألواح الكهروضوئية العائمة قد يصل إلى 22 تيراواط ذروة (قدرة الذروة)، ما قد يلبي الطلب العالمي كله على الكهرباء.

49-52

الأسعار الحالية للطاقة الشمسية الكهروضوئية

يجمع Our World in Data [51] بيانات من عدة مصادر، منها IRENA 2024 H. وكما هو مذكور في صفحة الويب، تعرض IRENA أسعار وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية لعدد من التقنيات المختلفة. والبيانات منذ الربع الرابع من 2013 هي متوسط السعر السنوي لتقنيات ‘الأغشية الرقيقة a-Si/u-Si’، أو مؤشر الأسعار العالمي كمرجع لكل تقنيات الطاقة الشمسية، وقد وصل السعر العالمي إلى $0.31/W في 2023. وتعرض مصادر أخرى I,J,K تقنية الألواح أحادية الوجه أحادية البلورة السائدة كمرجعها الأساسي، وقد انخفضت أسعارها أكثر:

في يناير 2024، انخفض سعر وحدات الأغشية الرقيقة a-Si/u-Si المباعة في أوروبا إلى نحو $0.16/W H. وفي أبريل 2024، أُبلغ عن أن السعر الفوري العالمي لوحدات أحادية الوجه أحادية البلورة بلغ $0.11/W I. وفي نوفمبر 2024، وصلت ألواح PERC أحادية البلورة المهيمنة في السوق وتقنيات c-Si TOPCon من الجيل التالي إلى $0.087/W و$0.1/W و$0.29/W في الصين وأوروبا والولايات المتحدة على التوالي J,K †.

†تكون أسعار التصدير عادة أعلى في الأسواق العالمية منها في الصين بسبب الخدمات اللوجستية والرسوم الجمركية وعوامل السوق الإقليمية، ولا سيما شروط التجارة الدولية (FOB للصادرات الصينية مقابل DDP للولايات المتحدة وأوروبا J).

تذكر Bloomberg [52] أن متوسط السعر العالمي للوحدات انخفض إلى $0.096/W. وبالمقارنة مع متوسط السعر العالمي للوحدات البالغ $19.48/W في 1984 [51]، انخفضت أسعار الوحدات بذلك بأكثر من 99% خلال 40 عاماً.

ولمزيد من المقارنة، انخفض متوسط سعر الوحدات في الولايات المتحدة إلى $0.29/W بحلول الربع الأول من 2024 I. وهذا يمثل انخفاضاً بنسبة 96% خلال 35 عاماً، منذ 1989 L,M. وظلت الأسعار الأعلى في الولايات المتحدة قائمة بسبب الرسوم الجمركية على الوحدات الصينية وعوامل استيراد أخرى I.

54

تكلفة الكهرباء المستوية للطاقة الشمسية الكهروضوئية مقابل الطاقة الشمسية المركزة

تذكر الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) في تقرير تكاليف توليد الكهرباء من الطاقة المتجددة 2023 أن المتوسط العالمي المرجح للتكلفة المستوية للكهرباء (LCOE) للطاقة الشمسية الكهروضوئية بلغ 0.044 دولار أمريكي/كيلوواط ساعة. بين 2010 و2023، انخفض المتوسط العالمي المرجح للتكلفة المستوية للكهرباء لمحطات الطاقة الشمسية المركزة (CSP) بنسبة 70%، من 0.393 دولار/كيلوواط ساعة إلى 0.117 دولار/كيلوواط ساعة. لذلك، في عام 2023، كانت التكلفة المستوية للكهرباء للطاقة الشمسية الكهروضوئية على نطاق المرافق تزيد قليلا على ثلث تكلفة الطاقة الشمسية المركزة. لكن تكاليف الطاقة الشمسية الكهروضوئية تواصل الانخفاض. بين 2021 و2023، لم تدخل الخدمة سوى محطة واحدة للطاقة الشمسية المركزة كل عام، لذا لا تمثل هذه السنوات الوضع بالضرورة. وبما أن نشر الطاقة الشمسية المركزة تباطأ والمنافسة مع الطاقة الشمسية الكهروضوئية شديدة، فمن المعقول أن تكون هذه المحطات مشاريع متقدمة ومحسّنة جدا هدفت إلى إظهار قدرتها التنافسية. لذلك، قد يكون متوسط التكلفة المستوية للكهرباء المذكور أقل مما قد يظهر في سنة تشهد مشاريع طاقة شمسية مركزة أكثر اعتيادية أو تنوعا.

هل أنت ممول، عالم، معلم، أو صانع سياسات؟

هل تريد دعم Earth 2050 أو العمل معنا؟ تواصل معنا.

info@earth2050.com