Table of Contents

مقدمة: جبهة جديدة في السلطة الشمسية

وقد تسارعت عملية الانتقال العالمي إلى الطاقة المتجددة بشكل كبير خلال العقد الماضي، بسبب انخفاض التكاليف، وولايات السياسة العامة، والأهداف المناخية العاجلة، ومن بين أكثر الابتكارات واعدة في هذا الفضاء، تطفو الفولطية الشمسية، المعروفة أيضاً باسم محطات الطاقة الشمسية العائمة، وتنتج هذه النظم ألواح شمسية عن هياكل مُلَطَّة، وتدور حول أجسام المياه - البحيرات، والمستودعات، والزراع الشمسية، بل والمناطق الساحلية.

وحتى عام 2025، تجاوز التراكمي للقدرات الشمسية العائمة 15 غيلدرا عالميا، مع تقديرات تشير إلى أن السوق يمكن أن تتجاوز 60 غيلدرا بحلول نهاية العقد، وهذا النمو السريع يعيد تشكيل الطريقة التي تفكر بها البلدان في الطاقة الشمسية ودورها في مزيج الطاقة الوطنية، وتستكشف هذه المادة التكنولوجيا الكامنة وراء الطاقة الشمسية، وفوائدها وتحدياتها، وأثرها على أسواق الطاقة العالمية، والمسار المستقبلي لهذا الحل الابتكاري.

ما هي نباتات الطاقة الشمسية المزخرفة؟

تتألف محطات توليد الطاقة الشمسية المفلورة من وحدات متطورة ذات طابع فولطي مصممة خصيصا على عوامات أو بطنونات مصممة خصيصاً ومرسوبة على سرير جسم مائي أو على الشاطئ، وتُصمم الهياكل لتتحمل الأمواج والرياح ومستويات المياه المختلفة، في حين تُكيَّف الكابلات والمحافير لبيئة مبتلة، بخلاف المزايا التقليدية للمستوى الأرضي أو السطحي للشمس العائمة، التي تُبنى فيها النظم الشمسية، والتي تُعمَّل بالكامل على المياه.

هناك نوعان أساسيان من التشكيلات الشمسية العائمة:

  • 3 - النظم القائمة على أساس بونتون ]: عوامات كبيرة ومجهزة سلفاً (التي تُصنع غالباً من بوليثيلين عالي الكثافة أو من الخرسانة) تدعم الألواح الشمسية، وهي نماذج ويمكن توسيعها إلى أحجام ميغاوات (MW).
  • Thin-film or flexible membrane systems]: Lighter, more flexible materials that can adapt to water surfaces with less structural support, though they are less common in utility-scale projects.

ويمكن نشر الطاقة الشمسية المفلورة في مجموعة واسعة من أجساد المياه، بما في ذلك خزانات من صنع الإنسان (مثل خزانات السدود الكهرمائية، وخزانات إمدادات المياه)، وحفر التعدين، وأحواض الري، ومياه الصرف الصحي، وفي كثير من الحالات، توفر خزانات الطاقة الكهرمائية الحالية تآزرا جذابا للغاية، حيث يمكن ربط التركيب الشمسي العائم بنفس خطوط النقل.

فوائد محطات توليد الطاقة الشمسية المفلورة

محفوظات الأراضي وفوائد الاستخدام المزدوج

أكثر ميزة وضوحاً للشمس العائمة هي أنها لا تتنافس مع الزراعة أو الإسكان أو الموائل الطبيعية للأرض في البلدان الكثيفة السكان مثل اليابان وكوريا الجنوبية وهولندا، الأرض المتاحة للتنمية الشمسية محدودة ومكلفة، حيث تُفتح الشمس ملايين الهكتارات من سطح الماء التي لا يمكن استخدامها، علاوة على ذلك، عن طريق تثبيط سطح الماء،

تعزيز الكفاءة من خلال التبريد

وتتناقص كفاءة الألواح الشمسية مع ارتفاع درجة الحرارة - إذ تبلغ عادة 0.3 في المائة إلى 0.5 في المائة في درجة مئوية فوق درجة حرارة كلس. ويمكن أن يؤدي تأثير التبريد في المياه إلى خفض درجات حرارة تشغيل الألواح بنسبة 5 إلى 10 في المائة مقارنة بالمنشآت البرية، مما يؤدي إلى زيادة في غلة الطاقة بنسبة تتراوح بين 3 في المائة و 10 في المائة، كما يؤدي هذا التأثير في التبريد إلى الحد من التدهور الحراري على مدى عمر الوحدات، مما قد يؤدي إلى إطالة العمر التشغيلي.

التآزر مع الطاقة الكهرمائية

ومن أقوى التطبيقات الشمسية العائمة الجمع بينها وبين محطات الطاقة الكهرمائية القائمة، وتشكيل نظام للطاقة المتجددة الهجينة، وتولد الطائفة الشمسية العائمة الكهرباء خلال اليوم، بينما يمكن تهكم محطة الطاقة الكهرمائية في المساء أو خلال فترات الغيوم، وييسر هذا التضافر بين التداخل المتأصل في الطاقة الشمسية ويزيد من استخدام الهياكل الأساسية الحالية للنقل.

تخفيض الأثر البيئي

فبعد استخدام الأراضي، يمكن أن تكون للشمس العائمة آثار إيكولوجية إيجابية، إذ يمكن أن تساعد في الحد من تغلغل ضوء الشمس في المياه، على التحكم في تزهر الطحالب وتحسين نوعية المياه في البحيرات والمستودعات التي تغذيها المياه، وتشير بعض الدراسات إلى أن المنشآت الشمسية العائمة يمكن أن تكون شعابا مصطنعة، وتوفر الموئل للأسماك والكائنات المائية، غير أن من الضروري أن تُجلس بعناية لتجنب التأثيرات السلبية على الأنواع والنظم الإيكولوجية.

النشر السريع والتقسيم

فالنظم الشمسية المفلورة هي عادة نظامية ويمكن تجميعها ونشرها بسرعة نسبيا، وكثير من المكونات جاهزة، وغالبا ما ينطوي التركيب على إجراءات بسيطة للربط والربط، مما يمكن أن يقلل من جداول أعمال التشييد مقارنة بالمزارع الشمسية البرية، التي قد تتطلب إعدادا واسعا للمواقع، وتدرجا، وتسييج.

الأثر على أسواق الطاقة العالمية

وقد بدأ ظهور الطاقة الشمسية العائمة كتكنولوجيا رئيسية في إعادة تشكيل أسواق الطاقة العالمية بعدة أبعاد: تنويع الإمدادات، وتدفقات الاستثمار، واستقلال الطاقة على الصعيد الإقليمي.

إحصاءات النمو السوقي والإسقاطات

ووفقاً للوكالة الدولية للطاقة، زادت السوق العالمية للطاقة الشمسية العائمة بأكثر من 40 في المائة سنوياً بين عامي 2018 و2024، وبحلول نهاية عام 2024، بلغت القدرة التراكمية المركبة نحو 12 جيغاواط، مع توقعات عن 30 إلى 50 جي دبليو بحلول عام 2027 وما يزيد على 100 جيو و2030 في ظل سيناريوهات متفائلة، ويقدر برنامج البنك الدولي للمساعدة في إدارة قطاع الطاقة أن الإمكانات التقنية العالمية للعوامة الشمسية تتجاوز 400.

القادة الإقليميون والأسواق الناشئة

وتهيمن آسيا على المشهد الشمسي العائم، حيث تعتبر الصين أكبر سوق، حيث تُعدّ مشاريع ضخمة مثل 320 ميغاواط أنوي هواينان، وهي محطة شمسية تُبنى على منطقة فرعية سابقة لتعدين الفحم، وتلتزم الهند بوضع عدة مشاريع واسعة النطاق، منها تركيب 260 ميغاواط في منطقة كرتاناد في كيرالا، وخط أنابيب عالمي النطاق في مختلف الولايات.

الآثار الاقتصادية واتجاهات الاستثمار

وتستفيد المشاريع الشمسية المتدفقة من انخفاض تكاليف ميزان النظم في بعض الحالات (لا حيازة الأراضي، وقلة إعداد المواقع) ولكنها تواجه تكاليف أعلى في الهياكل العائمة، والصيد، والمكونات المقاومة للمياه، إذ أن التكلفة العالية للطاقة المتجددة التي توزع على المجتمعات المحلية، والتي تراوحت عادة بين 30 و 60 دولاراً لكل ميغاواط، وهي تجذب شركات كبيرة تعمل على توليد الطاقة الشمسية في العديد من المناطق.

الابتكارات التكنولوجية التي تقود القطاع

الهياكل والمواد المتطورة

ومن الأمور الحاسمة في مجال الابتكارات في مجال تصميم الطوفات، تخفيض التكاليف وتحسين القدرة على تحملها، إذ أن المواد الجديدة مثل السواحل ذات الكثافة العالية واللدائن المعاد تدويرها تستخدم في صنع أفق، وعوامات أكثر مرونة، وتدمج بعض الصانعين نظماً للتتبع تسمح للألواح بالبلاد والاصدار بالشمس، وتعزز إنتاج الطاقة المرنة بنسبة تتراوح بين 15 و25 في المائة مقارنة بنظم المياه الثابتة.

الأفرقة الثنائية الوجهية وزيادة الطاقة

وتزداد الألواح الشمسية ذات الوجه الظاهر على الجانبين من ارتفاع مستوى سطح الماء في الشمس العائمة، حيث يعمل سطح الماء كعنصر طبيعي، ويزيد من كمية الضوء الذي يصل إلى الجانب الخلفي من الألواح، وتشير التجارب المبكرة إلى أن الطاقة الشمسية العائمة ذات الوجهين يمكن أن تحقق ما يصل إلى 20 في المائة من الجيل الأعلى مقارنة بنظم الجبال الأرضية الأحادية الجانب، ولا سيما في المياه الملونة بالضوء أو عندما تكون مثبتة بمضربة على نحو فعال.

التكامل مع تخزين الطاقة وإدارة المظالم

ولمعالجة التقاطع، تزداد تضافر المشاريع الشمسية العائمة مع نظم تخزين الطاقة بالبطارية أو بالاقتران مع الطاقة الكهرمائية على النحو المبين سابقا، وهذا النهج الهجين يوفر طاقة قابلة للتجدد يمكن إرسالها، وبالإضافة إلى ذلك، فإن الابتكارات في استخدام المحارم الشمسية العائمة ونظم الرصد تتيح تحقيق الأداء الأمثل في الوقت الحقيقي والعمليات النائية، مما يقلل من تكاليف الصيانة.

Aquavoltaics and Multi-Use Water Surfaces

وهناك مفهوم ناشئ هو " الزراعة المائية " ، يجمع بين الطاقة الشمسية العائمة وزراعة المياه أو الطحالب، وتوفر الألواح الشمسية ظلا جزئيا يستفيد منه بعض الأنواع المائية، بينما توفر المياه التبريد للألواح، وتستكشف المشاريع الرائدة في جنوب شرق آسيا وأفريقيا هذا النموذج المزدوج الاستخدام، الذي يمكن أن يعزز الأمن الغذائي - الماء - الطاقة في المناطق النامية.

التحديات والنظر في المسألة

التكاليف الرأسمالية الأولية المرتفعة

وعلى الرغم من انخفاض التكاليف بسرعة، لا تزال الطاقة الشمسية العائمة تتطلب استثمارات أعلى في البداية مقارنة بالشمس البرية، ويرجع ذلك أساسا إلى المنصة العائمة، ونظم الغوغاء، والعناصر الكهربائية المقاومة للمياه، ويمكن أن تكون أقساط التكلفة 10-30 في المائة للمشاريع الصغيرة، ولكن هذه الفجوة تضيق المشاريع الكبرى وفي المناطق التي بها أرض باهظة التكلفة، ومن المتوقع أن تؤدي الابتكارات في الإنتاج الجماعي للعوامل العائمة إلى زيادة تخفيض التكاليف بمرور الوقت.

الأثر البيئي والإيكولوجي

وفي حين أن الطاقة الشمسية العائمة يمكن أن تكون لها آثار إيجابية مثل الحد من تذبذب الطحالب، فإنها أيضاً تشكل مخاطر على النظم الإيكولوجية المائية، كما أن تشاطر المناطق الكبيرة يمكن أن يغير تضخيم درجة حرارة المياه ويقلل من مستويات الأكسجين المذابة، التي قد تضر الأسماك وغيرها من الكائنات، وقد تضطر نظم المرساة والمقلات إلى إزعاج الموائل المتوطنة، ومن الضروري إجراء تقييمات قوية للأثر البيئي قبل الموافقة على المشروع.

المسائل التقنية والتشغيلية

وتواجه النظم الشمسية المفلورة تحديات هندسية فريدة: التآكل من المياه المالحة أو الرطوبة العالية، والتنقية الأحيائية (النمو في الطوفان أو البارناكل)، وتحميل الأمواج، وتكوين الجليد في مناخات أكثر برودة، ويمكن أن يكون الوصول إلى الصيانة صعباً - ويجب تنظيف الألواح، ويجب حماية المكونات الكهربائية من المصابيح، وينبغي أن تستوعب نظم النقل مستويات متغيرة من المياه، لا سيما فيما يتعلق بزيادة الحافظات الطاقة الكهربائية المستخدمة في تصميمها.

العقبات التنظيمية والتأثيرية

وفي كثير من البلدان، تكون هيئات المياه مملوكة ملكية عامة أو لها حقوق استخدام معقدة (مثلاً في الملاحة، وصيد الأسماك، والاستجمام) وكثيراً ما يتطلب تنفيذ مشروع شمسي عائم التنسيق مع وكالات متعددة تغطي نوعية المياه، وسلامة الملاحة، وحماية الحياة البرية، والربط الشبكي، ففي الولايات المتحدة، على سبيل المثال، تحتاج فيلقات العائمين التابعة لجيش المهندسين عموماً إلى ترخيص لأي هيكل في المياه البحرية.

السياسات العامة والتنظيم

وتقوم السياسات الحكومية بدور حاسم في التعجيل بالنشر الشمسي العائم، وقد أدرجت عدة بلدان الطاقة الشمسية العائمة في أهدافها المتعلقة بالطاقة المتجددة أو مخططات المزاد، وتدعم بعثة الهند الوطنية للطاقة الشمسية صراحة الطاقة الشمسية العائمة، وأصدرت وزارة الطاقة الجديدة والمتجددة مشروع مبادئ توجيهية لمشاريع واسعة النطاق، وفي الاتحاد الأوروبي، يشجع توجيه الطاقة المتجددة وخطط الطاقة الوطنية التكنولوجيات المبتكرة مثل الطاقة الشمسية العائمة، كما تقدم بعض المناطق تعريفات ضريبية أو حوافز ضريبية للمياه.

وتقوم المنظمات الدولية مثل البنك الدولي ومصرف التنمية الآسيوي بتمويل برامج مساعدة تقنية شمسية عائمة في البلدان النامية، وعلى سبيل المثال، يقدم برنامج الطاقة الشمسية المتدفقة التابع للبنك الدولي والفرعية الدعم التقني والتمويل إلى بلدان مثل فييت نام وتايلند وبنغلاديش، وتهدف هذه المبادرات إلى إظهار القدرة على البقاء وبناء الخبرة المحلية وجذب الاستثمار الخاص.

التوقعات والاستنتاجات المستقبلية

إن مسار محطات الطاقة الشمسية العائمة إيجابي للغاية، حيث أن التكنولوجيا تنضج، وتخفض التكاليف، وتكثف المناخ، يتوقع أن تصبح الطاقة الشمسية العائمة عنصراً قياسياً من مجموعة أدوات الطاقة المتجددة، لا سيما في المناطق التي توجد بها أراض محدودة أو أجسام مائية اصطناعية وفرة، ومن المرجح أن يشهد العقد القادم مزارع شمسية عائمة على نطاق واسع، ومصانع واسعة النطاق للطاقة الكهرمائية، وزيادة التكامل مع المياه البحرية.

بيد أن النمو المستدام يتوقف على التصدي للتحديات البيئية والتنظيمية من خلال التخطيط الدقيق وإشراك أصحاب المصلحة ومواصلة الابتكار، إذ أن إمكانية طفولة الطاقة الشمسية لتوفير الكهرباء النظيفة مع الحفاظ على الموارد البرية والمائية تجعل من خياراً ملحاً بالنسبة للانتقال العالمي للطاقة.

وباختصار، فإن محطات الطاقة الشمسية العائمة ليست مجرد تكييف متأصل؛ فهي تكنولوجيا تحولية يمكن أن تساعد على تلبية الطلب المتزايد على الطاقة في العالم بطريقة مستدامة وفعالة وقائمة على التفاؤل، وبفتح أسطح جديدة لتوليد الطاقة الشمسية، فإن الطاقة الشمسية العائمة توسع حدود ما يمكن أن يكون في الطاقة المتجددة، ولن ينمو أثرها على أسواق الطاقة العالمية إلا في السنوات المقبلة.

External references for further reading:]