ما هي مزايا وعيوب الطاقة الشمسية؟ ولماذا العالم يضاعف استثماراته في المصادر المتجددة؟

كتب مصطفى شعبان

في السباق للوصول إلى انبعاثات صافية صفرية، تتطلع البلدان في جميع أنحاء العالم إلى التوسع والاعتماد في النهاية على الطاقة المتجددة لاستبدال الوقود الأحفوري الملوث.

الطاقة الشمسية هي مصدر الطاقة الأكثر وفرةً وأسرعها وأرخصها على وجه الأرض، وهي تولد الحد الأدنى من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

على الرغم من أن هذه الطاقة المتجددة تنمو بسرعة في جميع أنحاء العالم، مع تزايد عدد البلدان التي تستثمر فيها، إلا أن هناك بعض العوامل التي يمكن أن تعيق نموها.

ما هي المزايا والعيوب الرئيسية للطاقة الشمسية وكيف يعمل هذا المورد المتجدد القيّم وما إلى ذلك؟

ما هي الطاقة الشمسية وكيف تعمل؟

تم الاحتفال بالدور الحيوي الذي تلعبه الشمس في الحياة على الأرض منذ العصور القديمة. كان المصريون في إفريقيا هم أول من عُرف باستخدامهم للطاقة الشمسية على نطاق واسع لتدفئة منازلهم ، ووصفوها بطريقة يمكن أن تخزن حرارة الشمس أثناء النهار وتطلقها في الليل.

سريعًا إلى اليوم، طورت المجتمعات في جميع أنحاء العالم تقنيات مبتكرة تسمح لنا بتحويل طاقة الشمس إلى كهرباء تشغل أنظمة التدفئة والتبريد والنقل والإضاءة والتهوية، على سبيل المثال لا الحصر.

ينمو مصدر الطاقة هذا بسرعة: بين عامي 2010 و 2019 ، ارتفعت الطاقة الشمسية من 0.06٪ إلى 1.11٪ من مزيج الطاقة العالمي. في عام 2020، سجلت نموًا قياسيًا بنسبة 22٪ حيث شهدت التركيبات ازدهارًا.

من بين البلدان التي ضخت أكبر قدر من المال في الطاقة الشمسية الصين – أكبر مستثمر إلى حد بعيد ، الولايات المتحدة واليابان وأستراليا والهند، وتهدف الأخيرة إلى أن يكون رائدًا عالميًا في مجال الطاقة الشمسية، حيث يلتزم رئيس الوزراء ناريندرا مودي بزيادة الطاقة من المصادر المتجددة بنسبة تصل إلى 50٪ بحلول نهاية عام 2030 .

في أوروبا ، تعد إسبانيا واحدة من أوائل الدول التي تستخدم الخلايا الشمسية الكهروضوئية على نطاق واسع وأكبر منتج للكهرباء التي تعمل بالطاقة الشمسية في القارة.

قبل أن ننتقل إلى بعض مزايا وعيوب الطاقة الشمسية، يجدر بنا الإجابة عن سؤال: كيف تعمل الطاقة الشمسية؟

عندما يضرب ضوء الشمس سطح الأرض، تلتقط التقنيات المبتكرة من صنع الإنسان الضوء والحرارة وتحولها إلى طاقة كهربائية.

يحدث هذا التحويل من خلال الألواح الكهروضوئية (PV) ، والتي تحتوي على خلايا يمكنها التقاط طاقة ضوء الشمس. تولد هذه الطاقة شحنات كهربائية تتحرك حول الخلية ، مما يؤدي إلى تدفق الكهرباء.

تعد الألواح الحرارية الشمسية بديلاً عن الألواح الكهروضوئية: على عكس الطاقة الكهروضوئية المولدة للكهرباء ، تولد الألواح الحرارية الحرارة.

عند تركيبها على سطح مواجه للشمس، فإنها تلتقط أشعة الشمس الحارقة التي تستخدم لتسخين المياه المخزنة في أسطوانة.

بينما بدأت العديد من الدول في إدراك الإمكانات الهائلة للطاقة الشمسية – وهي مصدر متجدد قوي ومفيد للغاية – لا تزال هناك بعض الجوانب السلبية لها، نستكشف المزايا والعيوب الرئيسية للطاقة الشمسية.

5 مزايا الطاقة الشمسية

1. الطاقة الشمسية هي مصدر للطاقة المتجددة

كما يوحي الاسم، فإن الطاقة الشمسية هي مورد لا ينفد أبدًا. على عكس الوقود الأحفوري، الذي يتطلب إنتاجه جهودًا ضخمة ووقتًا وآلات ثقيلة باهظة الثمن، فإن مصادر الطاقة المتجددة تحول موردًا طبيعيًا – في حالة الطاقة الشمسية وأشعة الشمس – مباشرة إلى كهرباء.

العامل الكبير الآخر الذي يجعل الطاقة المتجددة أكثر جاذبية من الفحم والنفط والغاز الطبيعي هو الاختلاف الكبير في الانبعاثات، أي أن الوقود الأحفوري هو أحد أكبر المساهمين في العالم في توليد غازات الاحتباس الحراري.

مصادر الطاقة المتجددة ليست فقط أنظف، ولكن أيضًا أرخص وأسهل في الإنتاج من أي وقود أحفوري، ولكن ما الذي يجعل الطاقة الشمسية مفيدة بشكل خاص على مصادر الطاقة المتجددة الأخرى؟

2. الطاقة الشمسية وفيرة للغاية

الطاقة الشمسية هي مصدر الطاقة الأكثر وفرة على هذا الكوكب وعلى مر السنين ، تمكنا من تطوير تقنيات مبتكرة يمكن أن تسمح لنا بالاعتماد كليًا على الطاقة الشمسية لبقية حياتنا. ميزة كبيرة أخرى هي أن جزءًا صغيرًا فقط من ضوء الشمس الذي نحصل عليه كل يوم يمكن أن يوفر كمية هائلة من الطاقة.

ساعة ونصف من ضوء الشمس الذي يصل إلى سطح الكوكب يولد طاقة كافية لتلبية كل استهلاك البشرية للطاقة لمدة عام كامل.

3. تقنيات الطاقة الشمسية تزداد كفاءة

على مر السنين، حقق العلماء بعض التقدم المهم في تطوير تقنيات الطاقة الشمسية، ولا سيما تحسين كفاءة الألواح الشمسية وأنظمة تخزين البطاريات بالإضافة إلى متانتها الإجمالية بمرور الوقت.

وفقًا لرون ريش، رئيس جمعية صناعات الطاقة الشمسية (SEIA) ، قطاع الطاقة الكهروضوئية العالمي ينمو بمعدل يزيد عن 40 ٪ في السنوات الثماني الماضية، وقد أدت التطورات الرئيسية في الأتمتة والتصنيع والإنتاجية إلى تحسين هذه التكنولوجيا بشكل كبير .

تتراوح كفاءة معظم اللوحات اليوم بين 15٪ و 20٪أي أنها قادرة على تحويل 15٪ إلى 20٪ من كمية ضوء الشمس التي تمتصها إلى كهرباء.

تحسنت كفاءة اللوحات باستمرار على مدار العقد الماضي ، وهو عامل واعد يسهم في استمرار خفض التكلفة، كما تم تحسين مقاومتها للطقس القاسي بشكل كبير، مما أدى إلى ارتفاع متوسط قدرتها على التحمل إلى حوالي ثلاثة عقود مع القليل من فقدان الكفاءة أو انعدامها.

كما تم إجراء تحسينات في أنظمة تخزين البطاريات ، والتي تبرز كحل رئيسي لدمج مصادر الطاقة المتجددة بشكل فعال في أنظمة الطاقة العالمية على نطاق واسع.

يتم نشر معظم أنظمة التخزين على مستوى المرافق في العالم في أستراليا وألمانيا واليابان والمملكة المتحدة والولايات المتحدة.

استثمرت الجزر الصغيرة والمجتمعات خارج الشبكة في أنظمة تخزين بطاريات واسعة النطاق لتخزين الطاقة الزائدة، يتم أيضًا إنتاج عدد متزايد من البطاريات الصغيرة الحجم ومن المتوقع أن تكمل التطبيقات على نطاق المرافق بحلول عام 2030.

4. الألواح الشمسية أصبحت أرخص

في قائمة مزايا الطاقة الشمسية، السعر هو نقطة مهمة.

أكدت وكالة الطاقة الدولية (IEA) في تقريرها عن توقعات الطاقة العالمية 2020 أن مخططات الطاقة الشمسية تقدم الآن أرخص كهرباء في التاريخ.

في تقريرها لعام 2021 ، توقعت الوكالة أنه بحلول عام 2050، سيستمر توليد الطاقة المتجددة في النمو، مع ارتفاع إنتاج الطاقة الشمسية لتصبح المصدر الرئيسي للكهرباء في العالم .

تم الإشادة بالطاقة الشمسية بالفعل لتكاليف تشغيل وصيانة الألواح الهامشية نسبيًا.

في حين أن تكلفة الألواح نفسها هي الجزء الأكثر أهمية في المعادلة الشاملة ، فإن الطاقة الشمسية هي بالتأكيد مصدر رخيص للطاقة يمكنه خفض فاتورة الكهرباء بشكل كبير على المدى الطويل.

5. لحد الأدنى من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري

أخيرًا ، يعد الحد الأدنى من مساهمة توليد الطاقة الشمسية في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية أحد الفوائد الرئيسية لمصدر الطاقة المتجددة هذا، لا تنتج الطاقة الشمسية أي انبعاثات أثناء التوليد نفسها، وتُظهر الدراسات أن لها بصمة كربونية أصغر بكثير من الوقود الأحفوري على مدار دورة حياتها.

على الرغم من أن الوحدات الكهروضوئية والمكونات الأخرى مصنوعة من مواد يتم تعدينها ومعالجتها وبالتالي تولد بعض المستويات من الانبعاثات، لا تزال الطاقة الشمسية بلا شك مصدر طاقة ذكيًا للكربون ولا تكون انبعاثاته طفيفة .عند مقارنتها بالفحم والغاز الطبيعي.

في الواقع، تطلق محطات توليد الطاقة بالفحم في المتوسط 25 مرة انبعاثات أكثر من تلك التي ينتجها نظام الطاقة الشمسية.

وبالمثل ، فإن محطة توليد الطاقة بالغاز الطبيعي، على الرغم من كونها أقل تلويثًا من الفحم، لا تزال تولد 10 أضعاف كمية الانبعاثات الناتجة عن مجموعة الطاقة الشمسية.

3 عيوب الطاقة الشمسية

1. الطاقة الشمسية لا تزال مكلفة

ألم نقول فقط إن الطاقة الشمسية تزداد كلفة؟ حسنًا، هذا صحيح ، هناك بعض جوانب تكنولوجيا الطاقة الشمسية التي لا تزال باهظة الثمن، يتطلب شراء نظام شمسي استثمارًا أوليًا كبيرًا لتغطية تكاليف الألواح والعاكس والبطاريات والأسلاك وتركيب النظام نفسه.

من أغلى أجزاء النظام البطاريات المستخدمة لتخزين الطاقة الشمسية، والتي يمكن أن تكلف ما يزيد عن 5000 دولار أمريكي.

عندما بدأ تسويق الطاقة الشمسية منذ 40 عامًا ، كان سعر الألواح أيضًا مرتفعًا بشكل لا يصدق.

ومع ذلك ، فإن تقنيات الطاقة الشمسية تتطور باستمرار وهذا يساهم في انخفاض كبير في الأسعار.

تشير الإحصاءات إلى أن متوسط التكلفة العالمية للوحدات الكهروضوئية الشمسية قد انخفض بشكل كبير في العقدين الأولين من إنتاج الطاقة الشمسية التجارية، وقد ظل يتناقص ببطء ولكن باستمرار منذ ذلك الحين.

قبل عقد من الزمان فقط، كان متوسط تكلفة النظام الشمسي السكني الذي تبلغ طاقته 6 كيلوواط / ساعة 50000 دولار أمريكي أو أكثر، فإن السعر قدانخفض بمعدل سنوي قدره 62 ٪ وفي الوقت الحاضر، نادرًا ما يتجاوز التركيب المنزلي النموذجي 20000 دولارًا أمريكيًا.

2. تعتمد الطاقة الشمسية على الطقس

عيب لا شك فيه للطاقة الشمسية هو أن هذه التكنولوجيا ليست بنفس الكفاءة في جميع أنحاء العالم، بينما يمكن توليد الطاقة الشمسية في يوم غائم ، لا يزال هناك مستوى معين من ضوء النهار لتسخير طاقة الشمس، وتتباين كمية الطاقة التي يمكن إنتاجها بشكل كبير اعتمادًا على العديد من العوامل ، مثل كمية وجودة الطاقة المباشرة.

ضوء الشمس الذي تتلقاه اللوحات بالإضافة إلى حجم الألواح وعددها ومواقعها. وبالتالي ، في البلدان التي تتلقى ضوءًا محدودًا من أشعة الشمس على مدار العام قد تعمل الموارد المتجددة البديلة مثل الطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الكهرومائية بشكل أفضل.

في أيسلندا، وهي منطقة قليلة ضوء الشمس والرياح، على سبيل المثال، يشكل هذان المصدران للطاقة 27٪ و 73٪ على التوالي، مما يسمح للبلاد بتوليد 100٪ من طاقتها من مصادر الطاقة المتجددة..

3. محطات الطاقة الشمسية ليست الخيار الأكثر ملاءمة للبيئة

البصمة الكربونية للطاقة الشمسية ضئيلة، مع ذلك، لا يزال هذا المنتج المتجدد يحتوي على بعض الجوانب، المتعلقة بشكل أساسي باستخدام الأراضي وتوليد النفايات، والتي يمكن أن تضر بالبيئة. أولاً وقبل كل شيء ، تتطلب محطات الطاقة الشمسية مساحة.

على سبيل المثال ، تتطلب محطة الطاقة الشمسية لتوفير الكهرباء لـ 1000 منزل 32 فدانًا من الأرض، وهذا يعني أنه من أجل تلبية احتياجات استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة ، سيكون من الضروري توفير ما يقرب من 19 مليون فدان ، أي ما يعادل 0.8٪ من مساحة الدولة بأكملها.

هناك عامل آخر يجب مراعاته وهو إدارة المواد الخطرة والتخلص منها مثل المعادن والزجاج اللازمة لبناء بعض مكونات البنية التحتية للطاقة الشمسية التي تستهلك طاقة كبيرة لإنتاجها وبالتالي تكون مسؤولة عن توليد انبعاثات الكربون.

يتطلب بناء الخلايا والألواح الكهروضوئية أيضًا بعض المواد الكيميائية الخطرة والمعادن الثقيلة.

لتجنب الإضرار بالبيئة، تتطلب هذه المواد إجراءات إدارة والتخلص بعناية بمجرد انتهاء عمر محطة الطاقة الشمسية.

تتوقع الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) أنه بحلول عام 2050 ، يمكن أن تكون أنظمة الطاقة الشمسية مسؤولة عن ما يصل إلى 78 مليون طن من النفايات .

هل ما زلنا نستثمر في الطاقة الشمسية؟

الإجابة القصيرة هي نعم، لا يوجد شيء اسمه مصدر طاقة “مثالي”، من الوقود النووي والوقود الأحفوري إلى الموارد المتجددة، تتمتع جميعها بالعديد من المزايا ولكن أيضًا بعض العيوب ، بما في ذلك الطاقة الشمسية.

نظرًا لأن الوقت ينفد بسرعة في السباق للوصول إلى انبعاثات صفرية ، فمن الأهمية بمكان أن تبدأ جميع البلدان في تقييم مصادر الطاقة التي يمكن أن تحقق أكبر قدر من الفوائد.

في حين أن الطاقة الشمسية قد لا تكون الحل الأفضل لبلدان الشمال لقلة ضوء الشمس التي تتلقاها على مدار العام، وبعض عيوبها مثل الاستخدام المكثف للأرض الذي يتطلبه تركيب الألواح الشمسية قد لا يجعلها أفضل مرشح للجميع، هذا المورد المتجدد، إلى جانب جميع المصادر الأخرى .

تابعنا على تطبيق نبض