يمكن للألواح الشمسية الجديدة، والتي يمكن وضعها أيضًا على الأسطح الزجاجية المختلفة، أن تحدث ثورة حقيقية في مجال إنتاج الطاقة المتجددة
بقلم راشيل فوكس، وكالة أنباء أنجل للعلوم والبيئة
عندما نفكر في الألواح الشمسية، يتبادر إلى ذهننا الطوب الكبير والثقيل باللون الأزرق والأسود الذي يتم وضعه على السطح أو ملء مساحات كبيرة من الأرض. ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، اكتسب تطور جديد زخمًا: ألواح شمسية شفافة جزئيًا أو كليًا يمكن وضعها على النوافذ دون حجب الضوء أو حجب الرؤية. مقالة مراجعة أمريكية جديدة وعرض آخر التطورات في هذا المجال وأظهر أن الاستخدام الواسع النطاق لهذه الألواح سيسمح لنا بتوليد المزيد من الكهرباء من الطاقة الشمسية، بدلاً من الوقود الأحفوري الملوث: الفحم والنفط والغاز الطبيعي.
الدراسة، نشره باحثون من جامعة ولاية ميشيغان في المجلة الطاقة الطبيعة، يركز على تطوير لوحة شمسية شفافة تمامًا. تستخدم هذه اللوحة جزيئات عضوية طورها الباحثون من أجل امتصاص فقط أجزاء ضوء الشمس غير المرئية للعين البشرية: الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء القريبة، وتحويل هذه الطاقة إلى كهرباء.
ووفقا للباحثين، فإن الألواح الشفافة ستنتج نفس كمية الكهرباء التي يمكن إنتاجها من منتجات مماثلة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تركيب اللوحات الجديدة على أي سطح شفاف: نوافذ المنزل، ونوافذ المركبات، وحتى على الأجهزة الخلوية، دون التأثير على وظائف السطح أو جماليته. وبهذه الطريقة، ستتمكن ناطحة سحاب عالية، على سبيل المثال، من توليد الطاقة اللازمة لتشغيلها (وحتى توليد كهرباء إضافية ونقلها إلى أماكن أخرى)، حتى من دون وجود سطح خاص مخصص للألواح الشمسية الكبيرة عليها. سقف المبنى.
تغطية مساحات واسعة
وفي الواقع، فإن الجمع بين نوعي الألواح، الشفافة والتقليدية، يمكن أن ينتج كمية كبيرة جدًا من الكهرباء - بحيث تلبي احتياجات بلد بأكمله تقريبًا. يقدر المؤلفون أنه يوجد في الولايات المتحدة حوالي 7 إلى 5 مليارات متر مربع من الأسطح الزجاجية، وأن نشر الألواح الشمسية الشفافة على هذه المساحة الكبيرة يمكن أن يوفر أكثر من 40 بالمائة من احتياجات البلاد من الطاقة. وهذا يعني أن تحقيق إمكانات هاتين الطريقتين لحصاد الطاقة، إلى جانب تحسين تخزين الطاقة، سيؤدي إلى إمكانية تلبية جميع احتياجات الولايات المتحدة من الطاقة تقريبًا من الطاقة الشمسية وحدها. وعلى الرغم من أن البيانات تشير فقط إلى الولايات المتحدة الأمريكية، فمن المفهوم أن هذه الحلول يمكن تطبيقها في بلدان أخرى أيضًا.
وتبلغ كفاءة الألواح الشمسية الشفافة (أي نسبة طاقة الشمس التي يمكنها تحويلها إلى كهرباء) حاليا خمسة بالمئة، في حين تبلغ كفاءة الألواح الموجودة على الأسطح نحو 18-15 بالمئة. من المحتمل ألا تكون الألواح الشفافة فعالة أبدًا مثل إخوانها غير الشفافين، ولكن كما ذكرنا فإن شفافيتها تسمح لها بتغطية مساحات أكبر وبالتالي التعويض عن هذه الحقيقة. ومن المهم أيضًا الإشارة إلى أنه على عكس الألواح الشمسية الموجودة على الأسطح، والتي تم بحثها وتطويرها لعقود من الزمن، ظهرت الألواح الشفافة إلى الصورة قبل بضع سنوات فقط.
الألواح التي يمكن وضعها على النوافذ ليست الحل الوحيد لدمج حصاد الطاقة الشمسية في المبنى نفسه. يقول الدكتور دانييل مادير: "يوجد اليوم مجال كامل يسمى BIPV (بناء الخلايا الكهروضوئية المتكاملة)، والذي يتضمن الخلايا الشمسية التي هي في الواقع جزء من الهيكل - فهي ليست مجرد إضافة للمبنى ولكنها جزء من المبنى نفسه". باحث ومستشار علمي، أحد مؤسسي شركة الاستشارات البيئية SP Interface. "يمكن أن تكون هذه بلاطات للسقف - وهي ليست أداة إضافية للسقف ولكنها تستخدم كالسقف نفسه، والنوافذ، والبلاط على الجدران، والمزيد." ويضيف مدار أن بناء مبنى بهذه الطريقة قد يكون في الوقت الحاضر أرخص من بناء مبنى "عادي".
لقد تركت إسرائيل وراءها
من المؤكد أن التطورات التكنولوجية في مجال الطاقة الشمسية تبعث على التفاؤل، ولكن في هذه الأثناء فإن الوضع على الأرض ليس وردياً بشكل خاص. واليوم، يتم توفير 1.5% فقط من الطلب على الكهرباء في الولايات المتحدة والعالم عن طريق الطاقة الشمسية. وما هو وضع إسرائيل بالنسبة لبقية العالم؟ يقول مادار: "يعتمد الأمر على من تقارنه. بالمقارنة مع دول مثل موزمبيق، فإننا نحرز تقدمًا. ومقارنة بالغرب ومنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية، نحن متخلفون للغاية". يقول مدار إن إسرائيل كانت في الماضي مركزًا للطاقة الشمسية: سخان المياه الشمسي الحديث هو اختراع إسرائيلي، وفي السبعينيات تم إصدار تشريع يدعم تركيبه على نطاق واسع، ولكن بينما تقدمت بقية دول العالم وتطورت - كانت إسرائيل تركت وراءها. يقول مدار: "هناك خطط لزيادة استخدام الطاقة الشمسية، لكنها لا تلبي فعلياً معايير الحد من الغازات الدفيئة وتحويل كهرباءنا التي تعتمد على الوقود الأحفوري إلى الطاقات المتجددة".
وفي القرار الحكومي المعتمد للجنة باريس عام 2015 تم تحديد الأهداف الوطنية في مجال الطاقات المتجددة، وتقرر ذلك بحلول نهاية عام 2030 على الاقل 17 في المئة من النطاق في الخارج الكهرباء باسرائيل سيكون من الطاقات المتجددة. حسب اثنين"ח جديد של الشركة للحماية الطبيعةبل من الممكن تجاوز هذا الهدف وإنتاج نحو 2030 بالمئة من كهرباء دولة إسرائيل بحلول عام 30، حتى لو اكتفينا بوضع الألواح الشمسية على الأسطح فقط. تم تقديم التقرير إلى الكنيست ويتضمن أيضًا خطة عمل لتنفيذه.
وفي الوقت نفسه، فإن مثل هذه الكميات من استخدام الطاقة الشمسية لا تزال حلما بعيد المنال. يقول مدار: "اليوم، أحد الاعتبارات الرئيسية التي تحول دون التحول إلى الطاقة الشمسية هو أنها مكلفة وغير اقتصادية". "وكان هذا صحيحا إلى حد ما في الماضي، مثل أي تكنولوجيا جديدة نسبيا، ولكن اليوم نرى أن تكاليفها متساوية وحتى أقل من تكلفة الفحم والغاز." واليوم، تقدم بلدان العالم دعماً هائلاً للوقود الأحفوري ــ وهو دعم يعادل سبعة أمثال الدعم المقدم للطاقات المتجددة. ويقول مدار: "يكفي أن ننظر إلى ما تفعله إسرائيل لتطوير احتياطياتها من الغاز، فلو تم استثمار هذه الأموال في الطاقات المتجددة، لكنا في مكان مختلف تماما".
ولا تنتهي القصة بالدعم المباشر. يقول مدار: "نحن أيضًا ندعم بشكل غير مباشر جميع الأضرار التي يسببها الوقود الأحفوري: تغير المناخ، وتلوث الهواء وأمراض الناس، والأضرار التي لحقت بالبنية التحتية والزراعة". "نحن ندفع على أي حال، ولكننا لسنا على علم بذلك." وتصل تكاليف هذه الأضرار على مستوى العالم إلى 3 تريليونات دولار. يقول مدار: "اليوم، ومع هذه التكاليف غير المباشرة، أصبح الوقود الأحفوري أكثر تكلفة بكثير بالنسبة لنا". "يجب على الدولة الاستثمار في الطاقة الشمسية."
للمزيد حول هذا الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 3
ما هو سمك الزجاج الشفاف؟ إذا كان من الممكن الوصول إلى سمك 2 مل، فهذه ثورة!
تخيل أنها تأتي مرنة.. في لفة قابلة للفرد. تذهب للتخييم وتنشر الجليل...
بادئ ذي بدء، تصل الألواح الحديثة اليوم إلى سيولة تبلغ 26 بالمائة. وهناك تطورات في طور الإعداد من شأنها أن تجعل المنفعة أكثر من ذلك بكثير.
الشيء الثاني فيما يتعلق بسؤال شاهار، نعم أنت على حق. هناك احتمال معقول أنك إذا وضعت لوحة شمسية شفافة فوق لوحة شمسية عادية، فيمكنك الحصول على 5 بالمائة أخرى. سأفترض أنه بمجرد أن يكون الأمر اقتصاديًا فإن هذا ما سيفعلونه. عندما ننجح بمساعدتكم في عدة طبقات أو عمليات تحويل الطول الموجي لإنشاء سلسلة رخيصة من الألواح بكفاءة تصل إلى 40 بالمائة، سنكون قادرين على تقليل المساحة التي يجب تغطيتها بالألواح الشمسية بنسبة 50 بالمائة أخرى، وبعد ذلك وسوف تكون الكهرباء الشمسية رخيصة إلى الحد الذي يجعلهم سيبدأون في إغلاق محطات توليد الطاقة لأن تشغيلها لن يكون مربحاً (رغم أن تكلفة البناء تشكل عنصراً مهماً في سعر الكهرباء). واليوم يتم إنتاج الكهرباء بالطاقة الشمسية بأسعار أقل من أسعار الغاز في إسرائيل وفي أماكن أخرى أقل من أسعار الفحم. في غضون عامين، في تقديري، لن يتم بناء أي محطة لتوليد الطاقة بالفحم أو الغاز في العالم بسبب نقص المحطات الاقتصادية لأن الطاقة المتجددة ستكون أرخص بكثير من الطاقة الأحفورية
أتساءل عما إذا كان وضع طبقة من اللوح الشفاف فوق لوح معتم سيسمح باستخراج المزيد من الطاقة من نفس المنطقة؟ أي أن يتم تجميع الاستفادة بنسبة 5% من اللوحة الشفافة مع الاستفادة بنسبة 15% من اللوحة القياسية الموجودة أسفلها. على ما يبدو، لأنهم ربما يستخدمون أطوال موجية مختلفة، ربما هذا ممكن؟