دور الطاقة الشمسية في تخفيف أزمة الطاقة العالمية

دور الطاقة الشمسية في تخفيف أزمة الطاقة العالمية أصبح أكثر أهمية عن ذي قبل، فقد أدى تغير المناخ إلى موجات جفاف قياسية في جميع أنحاء العالم، وفيضانات مدمرة، وأصبح من غير الممكن الاعتماد على مصادر الطاقة الحالية مثل الطاقة الكهرومائية والطاقة النووية على نحو متزايد.  

يعتبر نظام الطاقة الشمسية مصدر طاقة مستدام وخضراء ومن المتوقع أن يلعب دورا هاما في مستقبل الطاقة في العالم، بناء الخلايا الكهروضوئية المتكاملة  (BIPV)، والطاقة الكهروضوئية العائمة، والخلايا الكهروضوئية الزراعية كلها لديها القدرة على إحداث تأثيرات تآزرية قوية تتجاوز أساسيات توليد الكهرباء.

   واليوم يمكننا أن نرى بعض أكبر الدول في العالم، بما في ذلك الصين والولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي، تطرح مزارع شمسية واسعة النطاق لزيادة القدرة الشمسية، واعتبارًا من عام 2018، كان لدى هذه البلدان إجمالي قدرة شمسية تبلغ 175,018 ميجاوات، و62,200 ميجاوات، و115,234 ميجاوات على التوالي. ومن ناحية أخرى، تتجه البلدان النامية إلى البحث عن الطاقة المتاحة مجاناً والتي يتم حصادها من الإشعاع الشمسي مع التوسع السكاني.

ما هي الطاقة الشمسية؟

دور الطاقة الشمسية في تخفيف أزمة الطاقة العالمية أدى إلى اهتمام العديد من الدول بها بوصفها أكبر مصدر للطاقة على وجه الأرض، حيث يمكنها تسخير الطاقة الشمسية لإنشاء كتلة حرارية أو طاقة كهربائية، وكونها موردًا متجددًا، تعد الشمس عنصرًا مهمًا لمستقبل الطاقة النظيفة.

تقوم الشمس بأكثر من مجرد توفير ضوء الشمس أثناء النهار، كل فوتون من ضوء الشمس تمتصه الأرض يحتوي على طاقة تغذي الكوكب، وشمسنا مثل كل نجم في الكون، عبارة عن مفاعل نووي ضخم، يتم إنتاج كميات هائلة من الطاقة من خلال تأثيرات الاندماج النووي في قلب الشمس، الطاقة المنبعثة إلى الفضاء على شكل ضوء وحرارة من سطح الكوكب.

الخلايا الكهروضوئية ومجمعات الكتلة الحرارية الشمسية قادرة على تسخير قوة أشعة الشمس لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة قابلة للاستخدام، وعلى الرغم من أن أنظمة الطاقة الشمسية لا تمثل سوى جزء صغير من استهلاك الطاقة في العالم، فإن ارتفاع تكلفة الألواح الشمسية يعني أن المزيد من الناس سيستفيدون من هذه التكنولوجيا.

كيفية استغلال  الطاقة الشمسية؟: تعد الخلايا الكهروضوئية والتقاط الحرارة الشمسية من أكثر الطرق شهرة لتسخير الطاقة من الشمس.، وهي الأكثر شيوعًا في مشاريع الشبكات الكهربائية الصغيرة مثل الألواح الشمسية السكنية، وعادةً ما يُستخدم التقاط الطاقة الشمسية الحرارية فقط لإنتاج الكهرباء في محطات الطاقة الشمسية العامة، كما تعمل المشاريع الحرارية الشمسية ذات درجات الحرارة المنخفضة على توليد الكهرباء، ويمكن استخدامها أيضًا للتبريد والتدفئة.

الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV): تقنية تقوم الألواح الشمسية من خلالها بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. يحدث التأثير الكهروضوئي عندما يضرب ضوء الشمس مادة شبه موصلة مثل السيليكون. يؤدي هذا إلى تحرير الإلكترونات وإنشاء تيار كهربائي يمكن بعد ذلك تسجيله باستخدام الأسلاك.

يُشار إلى هذا التيار بالتيار المباشر (DC) ويجب تحويله إلى تيار متردد (AC) أو كهرباء باستخدام محول للطاقة الشمسية، وذلك لأن غالبية الأجهزة المنزلية تستخدم كهرباء التيار المتردد.

يعد تركيب الألواح الشمسية طريقة فعالة لتقليل اعتمادك على الوقود الأحفوري وتوفير المال الذي تنفقه على تكلفة الكهرباءK ,يمكن أن يكون توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية مفيدًا للشركات الكبيرة والمرافق الكهربائية، يمكن أن توفر المصفوفات الشمسية الكبيرة الطاقة للشبكة الكهربائية أو يمكنها تشغيل العمليات.

هي طريقة نموذجية يستخدمها أصحاب العقارات للاستفادة من طاقة الشمس، حيث يقوم نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، ويمكن بعد ذلك تخزين الكهرباء في البطاريات أو نقلها مباشرة إلى الشبكة لإضافتها إلى فاتورة الكهرباء الخاصة بك.

أنواع مختلفة من الطاقة الشمسية

  دور الطاقة الشمسية في تخفيف أزمة الطاقة العالمية أدى إلى تسريع تطوير الأنواع المختلفة من الطاقة الشمسية المتاحة، والتي تنقسم إلى ما يلي:

1. الطاقة الشمسية الكهروضوئية

•   تعمل الألواح الشمسية عن طريق تحويل ضوء الشمس المباشر إلى كهرباء، وتعد أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية واحدة من أكثر أنواع أنظمة الطاقة الشمسية المتوفرة شيوعًا.
•   عادةً ما يشكل عدد من الخلايا الشمسية لوحة كهروضوئية، وتنتج تيارًا مباشرًا تحوله المحولات إلى تيار متناوب.، تُعرف مجموعة الألواح الشمسية الكهروضوئية المتصلة بالمجموعة المطلوبة لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية بنظام الخلايا الشمسية.
•   وفيما يتعلق بالكفاءة، سينتج نظام الألواح الشمسية الكهروضوئية حوالي 200 كيلووات في الساعة في ظل ظروف التشغيل العادية، ويعتمد ذلك على لوح شمسي بكفاءة 20% ومساحة 1من 1 إلى 2 متر مربع.
•   مع تقدم التكنولوجيا، أصبحت الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة أكثر تنوعًا وأرق، ونتيجة لذلك يمكننا الآن أن نرى تكنولوجيا الطاقة الشمسية تستخدم لبلاط الأسطح وفي تطبيقات أخرى أكثر ابتكارا مثل المباني الخارجية.

2. الطاقة الشمسية المركزة  CSP

•   عادة ما توجد الطاقة الشمسية المركزة في المنشآت واسعة النطاق التي توفر الكهرباء للشبكة.
•   يستخدم هذا النوع من الطاقة المرايا والعدسات لتركيز مساحة كبيرة من ضوء الشمس على جهاز استقبال.
•   هناك أربعة أنواع من تقنيات الطاقة الشمسية المركزة الموجودة، هي الحوض المكافئ، والطبق، وعاكس فريسنل الخطي المركز، وبرج الطاقة الشمسية.
•   يناسب هذا النوع من الطاقة الشمسية تلك البلدان التي تشهد مستويات عالية للغاية من أشعة الشمس.
•   لا تحظى الطاقة الشمسية المركزة بشعبية كبيرة في التطبيقات واسعة النطاق مثل استخدام الألواح الكهروضوئية أو الألواح الكهروضوئية، ومع ذلك تتمتع بكفاءة تحويل تصل إلى 25٪ إلى 35٪.

3. تسخين المياه بالطاقة الشمسية

•   بدأت الطاقة الشمسية لتسخين المياه بطلاء أسود مطلي على الخزانات ويستخدم لتسخين المياه، الطلاء الأسود يمتص حرارة الشمس، فيسخن الماء الموجود بداخل الخزان، على الرغم من أن هذا قد يبدو بدائيًا، إلا أنه يوضح أننا فهمنا قوة الطاقة الشمسية منذ وقت مبكر.
•   تم إنشاء أول محطة للطاقة الشمسية الحرارية في المعادي، مصر. ومع ذلك، لم يتم استخدام مجمعات الألواح المسطحة لتسخين المياه بالطاقة الشمسية في فلوريدا وجنوب كاليفورنيا إلا في عشرينيات القرن العشرين.
•   وتتناسب الحرارة التي يولدها هذا النظام مع كمية الحرارة القادمة من الشمس، ولذلك فإن البلدان التي تتمتع بمناخ أكثر دفئًا وأكثر إشراقًا من المرجح أن تستفيد من هذا النوع من الطاقة الشمسية.  

4. الطاقة الشمسية الحرارية

تستخدم الطاقة الشمسية الحرارية، أو التكنولوجيا الحرارية الشمسية، حرارة الشمس لتجميع الطاقة الشمسية، لتسخين الماء أو إنتاج الكهرباء، حيث يتدفق السائل عبر الأنابيب ويجمع طاقة الشمس.

ومن المشاكل التي يواجهها هذا النوع من الطاقة الشمسية هو نقل الحرارة ، حيث جرب العلماء والمخترعون العديد من السوائل، بما في ذلك الزيت والصوديوم، لكن الملح المصهور أثبت أنه الخيار الأفضل، ويعد هذا مثاليًا لأنه فعال من حيث التكلفة ويعمل بشكل مثالي مع التوربينات البخارية التي نستخدمها اليوم.

بالمقارنة مع الطاقة الشمسية الكهروضوئية، تعتبر الطاقة الشمسية الحرارية أكثر كفاءة في استخدام المساحة.

يمكن أن توفر الطاقة الحرارية الشمسية كفاءة أكبر في استخدام الطاقة بنسبة تصل إلى 70% عندما يتعلق الأمر بتجميع الحرارة، إلى جانب ذلك فإن التكنولوجيا أقل تعقيدًا بكثير، مما يجعلها مثالية لتسخين المياه. تحديات دور الطاقة الشمسية في تخفيف أزمة الطاقة العالمية

1. صعوبة الحصول على الأراضي والتراخيص

•   دور الطاقة الشمسية في تخفيف أزمة الطاقة العالمية يحتاج لتحقيقه إلى توسع كبير، وهو أمر يستلزم مساحات واسعة من الأراضي.
•   يعاني المستثمرون في القطاع من صعوبات تخصيص الحكومات الأراضي لمشروعاتهم، وقد يستغرق السماح  بالتخصيص عدة سنوات.
•   عدد من الدول نظر إلى الأمر باعتباره قضية رئيسية تتعلق بالمصلحة العامة، وأنه من الضروري تبسيط وتسريع إجراءات الترخيص والموافقة.
•   تلعب سرعة نشر الطاقة الشمسية والابتكارات التكنولوجية الحديثة بما في ذلك الخلايا الكهروضوئية الزراعية، وتطوير الطاقة الشمسية العائمة، ونشر الطاقة الشمسية على الأسطح، دورًا كبيرًا في تخفيف القيود على الأراضي والعمل على حل مشكلات الوصول الحالية.

2. قيود سلسلة التوريد

•   استثمارات الطاقة الشمسية في غالبية الدول تواجه مشكلة الاعتماد المفرط على الواردات الأجنبية، ومن الواضح أن هذا الأمر مستمر خلال السنوات المقبلة.
•   وصلت أسعار البولي سيليكون إلى أعلى مستوى على الإطلاق
•   تمتلك الصين وحدها ما يقرب من 98% من القدرة على تصنيع الرقائق، و78% من القدرة على تصنيع البولي سيليكون و82% من الطاقة الإنتاجية.
•   نية توزيع القدرات التصنيعية للطاقة الشمسية إلى جانب التوسع المخطط له في الصين في القدرة التصنيعية يفرض ضغوطًا هبوطية على الصناعة.

3. محدودية  شبكات نقل الكهرباء

•   تعاني مشروعات الطاقة الشمسية من ضعف البنية التحتية اللازمة لنقل الكهرباء المنتجة إلى شبكة الكهرباء المحلية.
•   يتطلب بناء وتطوير الشبكة الكهربائية وقتًا أطول من تطوير الطاقة الشمسية، وهذا يسبب اختناقات في    نشر الطاقة الشمسية.

نقطة تحول في دور الطاقة الشمسية في تخفيف أزمة الطاقة العالمية

•   أزمة الطاقة العالمية الناجمة عن الغزو الروسي لأوكرانيا سرَّعت التحول إلى الطاقة المتجدد، ومنذ ذلك الوقت استجابات الحكومات في جميع أنحاء العالم لنقطة تحول تاريخية وحاسمة نحو نظام طاقة أنظف وبأسعار معقولة وأكثر أمانا.
•   أدى اعتمادنا على الوقود الأحفوري إلى خلق أزمة الطاقة هذه، واستمرار اعتمادنا عليه لا يعني المزيد من أزمات الطاقة في المستقبل فحسب، بل يعني أيضًا استمرار الوضع وتفاقمه حتى نصل إلى نقطة اللاعودة. وهي نقطة يكون فيها الوقت قد فات بالنسبة لنا لإصلاح الأضرار الناجمة عن تأثير الوقود الأحفوري بشكل كامل.  
•   انتشرت أزمة الطاقة في جميع أنحاء العالم، حيث تضاعفت الأسعار بنفس سرعة تضاعف المخاوف بشأن وجود ما يكفي من الطاقة لتشغيل المنازل والشركات والدول بأكملها.
•   وقد أدت أزمة تكلفة المعيشة المرتبطة بها إلى دفع 71 مليون شخص في البلدان النامية إلى الفقر، مع احتمال عودة نحو 100 مليون شخص إلى الاعتماد على الحطب للطهي بدلاً من حلول الطاقة النظيفة والصحية.
•   أظهرت إحدى الدراسات أن الاستثمارات المخطط لها في مجالات النفط والغاز الجديدة بحلول عام 2030 من الممكن أن تمول بالكامل التوسع في استخدام طاقة الرياح والطاقة الشمسية اللازمة للحد من الانحباس الحراري العالمي بما لا يتجاوز 1.5 درجة مئوية.
•   توقع سيناريو السياسات المعلن لوكالة الطاقة الدولية أن يرتفع الاستثمار في الطاقة النظيفة إلى ما يزيد قليلاً عن 2 تريليون دولار بحلول عام 2030، وقالت الوكالة إن الاستثمار في الطاقة المتجددة يحتاج إلى مضاعفة المبلغ إلى أكثر من 4 تريليونات دولار لتحقيق أهداف صافي الانبعاثات الصفرية بحلول عام 2050.
•   صدر في الولايات المتحدة قانون الحد من التضخم، الذي يهدف إلى خفض انبعاثات الكربون بنحو 40% بحلول عام 2030، ويعرض القانون سلسلة من الحوافز الضريبية على طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية وغيرها من مصادر الطاقة المتجددة، فضلا عن الدفع نحو ملكية السيارات الكهربائية.
•   وفي الاتحاد الأوروبي جعل قانون المناخ خفض الانبعاثات بنسبة 55 في المائة على الأقل بحلول عام 2030 التزاما قانونيا.

تابعنا علي يوتيوب

اقرأ ايضا : 

كيفية صيانة ألواح الطاقة الشمسية خطوة بخطوة

كيفية استخدام الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء – الدليل الشامل