أظهرت دراسة جديدة أن الطاقة الشمسية على نطاق المرافق اليوم أكثر كفاءة بكثير مما كانت عليه قبل عقد من الزمن من حيث مساحة الأرض التي تستخدمها.
الورقة، التي كتبها المؤلف الرئيسي مارك بولينجر من مختبر لورانس بيركلي بالولايات المتحدة، جاءت في الوقت المناسب لأن الطاقة الشمسية على نطاق المرافق جزء كبير من خطط الانتقال إلى كهرباء خالية من الكربون ، ولأن هناك القليل من الدراسات الحديثة حول كفاءة الطاقة الشمسية في الأرض استعمال.
قال لي بولينجر في الورقة التي تم نشرها في مجلة IEEE Journal of Photovoltaics: “يبدو من الغريب بعض الشيء أن نستمر في الاعتماد على البيانات التي مضى عليها ما يقرب من عقد من الزمن”.
وجد زيادة بنسبة تزيد عن 40 % في متوسط قدرة التوليد لكل فدان من الألواح الشمسية بين عامي 2011 و 2019، وهذا يشمل كلاً من أنظمة الطاقة الشمسية “التعقب” ، حيث تتحول الألواح خلال النهار لتتبع الشمس ، و “الثابتة- إمالة “، وهي ثابتة.
للمساعدة في وضع هذا في مصطلحات أكثر قابلية للفهم، كانت مجموعة الطاقة الشمسية 100 ميجاواط ستحتاج إلى حوالي 600 فدان في عام 2011، ولكنها كانت ستحتاج فقط إلى حوالي 420 فدانًا في عام 2019 ، بناءً على الأرقام المتوسطة.
هذا تحول كبير ، مما يعني أن النشر الهائل للطاقة الشمسية على نطاق المرافق والذي من المحتمل أن يحدث في العقود القادمة سوف يحتاج إلى مساحة أقل مما كان يعتقد سابقًا.
السبب الرئيسي للتحسين هو أن الألواح الشمسية أصبحت أكثر كفاءة في كمية الكهرباء التي تنتجها، والتي تضاعفت عشرات الآلاف من المرات لمجموعة كاملة من الطاقة الشمسية ، مما يؤدي إلى مكاسب كبيرة. أيضًا ، أصبحت الخوارزميات التي تشغل أنظمة التتبع أفضل في متابعة الشمس.
تساعد الورقة في تحديد بعض الاختلافات الإقليمية في أنظمة الطاقة الشمسية، بينما مجموعة الطاقة الشمسية في جنوب كاليفورنيا يمكن أن تولد كهرباء لكل فدان أكثر من واحدة في ميشيجان أو مينيسوتا ، تضيف الورقة بعض الفروق الدقيقة من خلال إظهار أن استخدام أنظمة التتبع يقلل من مساوئ التواجد في المناخ الشمالي.
تُعرِّف الورقة “الطاقة الشمسية على نطاق المرافق” على أنها أنظمة مثبتة على الأرض بقوة 5 ميغاوات على الأقل.
لقد عرفت بولينجر لسنوات كواحد من مؤلفي التقارير السنوية الشاملة لمختبر لورانس بيركلي حول الطاقة الشمسية وطاقة الرياح على نطاق المرافق .
من خلال هذا العمل، لاحظ أن مشاريع الطاقة الشمسية أصبحت أكثر كفاءة في السنوات الأخيرة، كما رأى أن الباحثين يواصلون الاستشهاد بالدراسات القديمة حول استخدام الأراضي الشمسية والتي لا تعكس المكاسب الأخيرة.
تمت كتابة إحدى الدراسات التي يتم الاستشهاد بها بشكل متكرر في عام 2013 من قبل فريق في المختبر الوطني للطاقة المتجددة، في حين أن هذا قد يبدو حديثًا ، فقد حققت صناعة الطاقة الشمسية عدة قفزات في السنوات التي تلت ذلك.
للقيام بدراسته، جمع بولينجر بيانات توليد الكهرباء وصور الأقمار الصناعية لأكثر من 700 مشروع، لكنه حصل على بعض المساعدة، شاركت في تأليفه جريتا بولينجر ، ابنته ، وهي طالبة جامعية في كلية بودوين بولاية مين ولديها الآن منشور في مجلة يراجعها الأقران.
قال: “لقد أخذت فصلًا دراسيًا وكانت تبحث عن بعض الأشياء لتفعلها”. “لقد قامت بالكثير من الأعمال.”
تتطرق الورقة إلى موضوع مثير للجدل ، وهو أن انتقال الطاقة سيحتاج إلى الكثير من الأراضي الريفية لطاقة الرياح والطاقة الشمسية.
على سبيل المثال ، يحتوي تقرير “Net-Zero America” الصادر عن جامعة برينستون على سيناريو تقوم فيه الولايات المتحدة بزيادة قدرتها على الطاقة الشمسية بنحو 15 ضعفًا بحلول عام 2050.
وقالت “دراسة مستقبل الطاقة الشمسية”، إن الطاقة الشمسية يمكن أن تفسر ما يصل إلى 45 % من إمدادات الكهرباء في البلاد بحلول عام 2050، ارتفاعًا من الأرقام الفردية المنخفضة اليوم.
سكان الريف قلقون بالفعل من أن الطاقة المتجددة تغير طابع الأماكن التي يعيشون فيها ، وتضع بعض الحكومات المحلية عقبات أمام تنميتها.
جزئيًا استجابةً لتلك المخاوف ، يعمل الباحثون والدعاة البيئيون على ما يسمى بـ “الخلايا الفلطية الزراعية” ، وهي استكشاف للطرق التي يمكن بها استخدام الأراضي في المصفوفات الشمسية للزراعة.
لا يتوقع بولينجر أن تُحدث ورقته الكثير من الاختلاف في المناقشات المحلية ، والتي تتعلق بمقترحات محددة بدلاً من قضايا الصورة الكبيرة، لكنه يأمل أن يؤثر عمله على الباحثين الآخرين ويظهر الحاجة إلى مواكبة الواقع في السوق حول مقدار الطاقة التي يمكن توليدها على فدان من الأرض.
درسه الرئيسي والذي أصبح الآن صريحًا وواضحًا بالنسبة لي ، هو أن تقديرات مساحة الأرض اللازمة للطاقة الشمسية هي هدف متحرك.
