Table of Contents
وقد شهدت تكنولوجيا الطاقة الشمسية تطورا استثنائيا خلال العقد الماضي، مما أدى إلى تغيير مشهد الطاقة المتجددة، حيث إن تكنولوجيات محطات الطاقة الشمسية المبتكرة تجعل الطاقة الشمسية أكثر كفاءة وأسعارا وسهلة المنال، ويمكن الوصول إليها أكثر من أي وقت مضى، وهذه الانجازات حاسمة بالنسبة للجهود العالمية الرامية إلى خفض انبعاثات الكربون وتحقيق استقلال الطاقة وتخفيف آثار تغير المناخ، ومن المواد الفوتوغرافية المتقدمة إلى نظم التتبع الذكية، فإن آخر التطورات هي إعادة تشكيل كيفية تسخير الطاقة الشمسية في نطاقها.
التكنولوجيات الناشئة في محطات الطاقة الشمسية
وهناك عدة تكنولوجيات حديثة تتطور في اتجاه التحول في محطات الطاقة الشمسية الحديثة، وتشمل هذه الابتكارات الألواح الشمسية ذات الوجهين، والمزارع الشمسية العائمة، ونظم التتبع الشمسي، وكلها توفر مزايا فريدة تعزز إنتاج الطاقة، وتدني مستوى تكلفة الكهرباء، وتوسيع النطاق الجغرافي حيث يمكن نشر الطاقة الشمسية بفعالية من حيث التكلفة.
فريقاً ثنائي الوجه للذوي
1-2-1-2-1-2-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1
المزارع الشمسية المفلورة
وتظهر الطاقة الشمسية (المعروفة أيضاً باسم " المحركات البحرية العائمة " ) أحد أسرع القطاعات نمواً في تكنولوجيا محطات الطاقة الشمسية، وتتكون الألواح الضوئية من هياكل مزدهرة موزعة على أجسام المياه مثل الخزانات، وأحواض الري، وأحواض معالجة المياه المستعملة، ويزيل هذا النهج الحاجة إلى الأرض، ويقلل من التبريد في المياه بنسبة تصل إلى 70 في المائة، ويبقي الألواح
نظم تعقب النجوم
وتُستخدم أكثر نظم التتبع الصوتي (GIE) بصورة تلقائية في مواقع التتبع الكهربائي العالي، وتُستخدم في مواقع أعلى من حيث التكلفة في منطقة غرب وشمال شرقاً، وتُستخدم فيها نظم التتبع ذات النطاق الترددي الدولي (Gal-CO) في مواقع أعلى من حيث التكلفة، وتُسهم فيها الآن نظم التتبع ذات النطاق الترددي (Gand-T) في نظام " قياسي " .
التكنولوجيات الشمسية التالية
وإلى جانب التحسينات التدريجية في مجال التصوير الفلكي التقليدي للسيليكون، تعد موجة جديدة من التكنولوجيات الشمسية المتقدمة بدفع كفاءة التحويل إلى ما يتجاوز الحدود الحالية وفتح تطبيقات جديدة، وتبرز الخلايا الشمسية ذات الفولسكيت، وتتركّز الطاقة الشمسية مع التخزين المتكامل، والفولطية الضوئية المدمجة في المباني في مقدمة هذا التحول.
خلايا بيروفسكيت سولار
وقد ظهرت خلايا شمسية من أكثر المجالات إثارة في البحوث الفلطائية الضوئية، حيث أن مجموعة من المواد ذات الهيكل البلوري شبيهة بتيتانات الكالسيوم، حققت هذه الخلايا كفاءة مختبرية تتجاوز 26 في المائة من نماذج معامل الكفاءة في إنتاج الخلايا الفلورية، وهي عوامل مثبتة بأنها أرخص وأبسط في التصنيع.
Concentrated Solar Power (CSP)
وتُستخدم الطاقة الشمسية المركزة مرايا لتركيز ضوء الشمس على جهاز استقبال يسخن سائلاً (مثل الملح المتناثر) لتوليد الطاقة الحرارية العالية الحرارة، التي تُحرك بعد ذلك توربين لإنتاج الكهرباء. وعلى عكس المصانع الفولطية، يمكن أن تُدمج بسهولة في تخزين الطاقة الحرارية، مما يتيح توليد الطاقة بعد غروب الشمس وخلال فترات السحب)
الفولطية العضوية وفولاذ البناء المتكامل (BIPV)
ويستخدم الشواطئ العضوية الفولطية الفولطية السائلة والجزئات الصغيرة التي تُنشأ في شكل خلايا شمسية مرنة خفيفة يمكن طبعها على أفلام نحيفة، بينما تُنتج كفاءتها (نحو 15 إلى 18 في المائة في ظروف المختبر) خلف السيليكون، فإن OPV توفر مزايا في مجال شبه الشفافية، وصناعة التفريغ، والمرونة الميكانيكية، وهذه الممتلكات تجعل من الأفضلية التراكمية للصوت الفل
كفاءة وإدماج نباتات الطاقة الشمسية
وأصبحت محطات الطاقة الشمسية الحديثة أكثر تطورا، حيث تدمج تخزين الطاقة، والمتحولين المتقدمين، وتكنولوجيات الشبكات الذكية من أجل توفير الكهرباء الموثوقة والمرسلة، وهذه الابتكارات على مستوى المنظومة هي بنفس أهمية التحسينات التي أدخلت على مستوى الخلايا في نقل الانتقال إلى شبكة متجددة تماما.
Energy Storage Solutions
(أ) أن نظم تخزين الطاقة في البطاريات هي الآن مكملة موحدة للمنشآت الشمسية الكبيرة، حيث أن بطاريات الليثيوم - الأسيون هي التكنولوجيا المهيمنة، ولكن البطاريات التي تستخدم في الصوديوم، والبطاريات ذات الهواء الحديدي، قد بدأت تظهر كبدائل أقل تكلفة للتصريف المتعدد ساعات، ويتيح إنتاج الطاقة الشمسية بواسطة مشغلي محطات تخزين الطاقة تحويل التراكمية من ساعات منتصف النهار إلى ساعات عمل، ويحصل على إيرادات أعلى، ويوفد خدمات التدفق
Smart Grid Integration and Inverter Technology
وتعتمد محطات الطاقة الشمسية الحديثة على المحاور الذكية التي يمكن أن تتواصل مع مشغلي الشبكات، وتدير الفولط والتواتر، وتوفر الدعم في مجال الطاقة الاستباقية، وهذه المحافر تمكن المصنع من التصرف مثل محطة توليد الطاقة التقليدية، وتساعد على الحفاظ على استقرار الشبكة حتى عندما تذبذب الإنتاج الشمسي، كما أن تكنولوجيا اللافتر المتقدمة تتيح " الانتقال " أثناء حدوث الأخطاء، ومنع الحصول على البيانات ذات المستوى الأمثل من السحب.
النظم الهجينة
وينتج عن الجمع بين الطاقة الشمسية والرياح والطاقة الكهرمائية أو الكتلة الأحيائية محطات توليد الطاقة المتجددة الهجينة التي تحفز على إنتاج مدخلات إضافية، حيث أن الطاقات الشمسية الريحية ذات الريح العالية هي عوامل فعالة بشكل خاص لأن الريح كثيرا ما تهب ليلا أو عندما تقلل السحب من الإنتاج الشمسي.
الأثر البيئي والاقتصادي
ويولد انتشار تكنولوجيات المصانع الشمسية المبتكرة منافع بيئية واقتصادية كبيرة، غير أنه يجب التصدي للتحديات من قبيل استخدام الأراضي وإعادة تدويرها في نهاية العمر لضمان النمو المستدام حقا.
استخدام الأراضي والفولطية الزراعية
وفي الوقت نفسه، فإن النباتات الشمسية ذات النطاق الفلوري تتطلب مساحات كبيرة من الأراضي، يمكن أن تتضارب مع الزراعة وحفظ الموائل والتنمية المجتمعية، وتظهر الزراعة - الزروعة - إنتاجية ثلجية من الطاقة الشمسية - غير مربحة - نتيجة لانخفاض مستويات الإنتاج الغذائي في الأراضي ذاتها.
إعادة تدوير الأفرقة الشمسية واستدامتها
ونظراً لأن الموجة الأولى من محطات الطاقة الشمسية تبلغ نهاية عمرها 25-30 سنة، فإن إعادة تدوير الألواح تصبح أولوية بيئية عاجلة، حيث أن أقل من 10 في المائة من الألواح الملغومة تُعاد تدويرها على الصعيد العالمي، وتنتهي معظمها في مدافن النفايات، غير أن تكنولوجيات إعادة التدوير الجديدة يمكن أن تسترد ما يصل إلى 95 في المائة من المواد، بما في ذلك الفضة والسيليكون والألمونيوم.
التوقعات المستقبلية والاتجاهات العالمية
ومستقبل تكنولوجيا محطات الطاقة الشمسية مشرق، مع مسارات متعددة إلى زيادة الكفاءة، وانخفاض التكاليف، والوزع الأوسع نطاقا، وتقارب السياسات، وديناميات السوق، والاختراقات التكنولوجية لجعل الطاقة الشمسية المصدر المهيمن لتوليد الكهرباء الجديد في جميع أنحاء العالم.
فلوريس سولار وفور شور
]بناء على نجاح المزارع الشمسية العائمة في الأراضي، يجري تطوير المزارع الشمسية البحرية للمياه الساحلية والبحار المآوي، وتثبت مشاريع مثل موقع الاختبار الشمسي البحري الذي يبلغ ١,٥ ميغاواط، ونشرات الشمس في النرويج قدرة هذا المفهوم على البقاء، وتصمم المحركات منابر عائمة يمكن أن تصمد أمام موجات تصل إلى ٥ مترات، وتستخدم فيها مركبات توترية وهياكل زراعية مصفحة ذات قدرة على إطفاء الأمواج.
Space-Based Solar Power
(ب) إذا كانت الطاقة الشمسية (SBSP) لا تزال في مرحلة مبكرة، فإنها تنطوي على جمع ضوء الشمس في المدار باستخدام صفائف كبيرة من الخلايا الفولطية الضوئية وإرسال الطاقة إلى الأرض عن طريق شعاع الموجات الدقيقة، فثمة عدة وكالات فضائية (بما في ذلك مطار جاكسا ومختبر البحوث البحرية) تجري تجارب إيضاحية.() ويمكن أن توفر شبكة SBSP الطاقة الأساسية 24/7، غير متأثرة بالطقس أو النهار/الليلتر، غير ذلك.
دعم السياسات والنمو السوقي
إن السياسات الحكومية تعجل بنشر التكنولوجيات الشمسية المتقدمة، فالائتمانات الضريبية للاستثمار، والتعريفات التغذوية، ومعايير الحافظة المتجددة، وتسعير الكربون أدوات مشتركة، ويوفر قانون خفض التضخم في الولايات المتحدة ائتمانا ضريبيا للإنتاج في المصانع الشمسية يلبي المحتوى المحلي والاحتياجات السائدة من الأجور، ويحفز الاستثمار في مصانع الوحدات الجديدة ومصانع التعقب، ويهدف الجزء الخاص بمنطقة الطاقة المتجددة في الاتحاد الأوروبي إلى تركيب ما يزيد على ٦٠٠ غيغا من الطاقة الشمسية.
وباختصار، فإن تحويل تكنولوجيات محطات الطاقة الشمسية يتسارع إلى التحول العالمي نحو الطاقة المتجددة، إذ إن الطاقة الشمسية من الألواح الثنائية الاصطدام إلى المزلاجات الشمسية - الإضافة إلى الخزف - الشمسية تسهم في إيجاد نظام للطاقة أكثر كفاءة وموثوقية ومستدامة، وبما أن هذه التكنولوجيات ناضجة وحجمية، فإن الطاقة الشمسية لن تصبح أرخص شكل من أشكال الكهرباء في مناطق كثيرة فحسب، بل أيضاً حجر الزاوية في الاقتصاد العالمي المتدهور الكربون.