مع الزيادة السريعة في تركيبات الطاقة الشمسية الكهروضوئية خلال السنوات القليلة الماضية، من المتوقع أن تتجاوز قدرة تركيبات أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية عالميًا 450 جيجاواط هذا العام. ومع تزايد ندرة الأراضي المناسبة، يتعين على السوق استكشاف تطبيقات أكثر تنوعًا للطاقة الشمسية الكهروضوئية. في معرض SNEC لهذا العام، وهو أكبر معرض للطاقة الشمسية في العالم، عرض العديد من مصنعي الوحدات منتجات مصممة خصيصًا لبيئات مختلفة، مع بروز تطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة والصحراوية. لا تعالج هذه التطبيقات المبتكرة مشكلة ندرة الأراضي فحسب، بل تتكامل أيضًا مع النظم البيئية المحلية، مما يوفر فوائد اقتصادية وبيئية على حد سواء.
تستكشف هذه المقالة سيناريوهات التطبيق والخصائص التقنية والإمكانات المستقبلية لتقنيات الخلايا الكهروضوئية العائمة والصحراوية. ومن خلال دراسات حالة، سنحلل مزاياها وتحدياتها في التطبيقات العملية.
الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة: التطبيقات والميزات
تُعدّ الطاقة الشمسية العائمة تقنية واعدة وناشئة، تعتمد على تركيب ألواح شمسية على أسطح المياه لتوليد الطاقة. وتوفر هذه التقنية مزايا عديدة، منها حماية البيئة، وتحقيق فوائد اقتصادية، وقيمة اجتماعية. فعلى صعيد التركيب، يُسهم استخدام مواد صديقة للبيئة في الحفاظ على النظم البيئية المائية، بينما يُقلل النشر السريع والمبسط من تكاليف الإنشاء، ويتجنب النزاعات المتعلقة بملكية الأراضي التي تُصادف عادةً في مشاريع الطاقة الشمسية الأرضية.
يمكن تصنيف أنظمة الطاقة الشمسية العائمة إلى فئتين: أنظمة في المياه البحرية وأنظمة في المسطحات المائية الداخلية. وتشمل المشاريع الداخلية تركيبات على البحيرات والخزانات ومواقع التعدين المهجورة والبحيرات الاصطناعية والبرك.
الميزات التقنية
فيما يخص اختيار الوحدات، تُعدّ الوحدات الزجاجية ثنائية الوجه فعّالة للغاية في تطبيقات الطاقة الشمسية العائمة، إذ تعالج مشكلات نفاذية بخار الماء وتُحسّن توليد الطاقة بنسبة 5-10% مقارنةً بالأنظمة الأرضية. أما من حيث تصميم النظام، فتُستخدم عادةً أساسات ركائز ثابتة في المسطحات المائية التي يقل عمقها عن 3 أمتار، بينما تعتمد المياه الأعمق (أكثر من 3 أمتار) على هياكل عائمة، مثل المنصات العائمة أو الصناديق. ونظرًا لأن تركيبات الطاقة الشمسية العائمة غالبًا ما تكون أسرع وأبسط من نظيراتها الأرضية، يتزايد اهتمام المطورين بهذا القطاع، مما يخلق سوقًا متميزة لمصنّعي الوحدات. وقد تجلّى هذا التوجه بوضوح في معرض SNEC، حيث عرضت العديد من الشركات وحدات كهروضوئية مصممة خصيصًا للتطبيقات المائية، مما يعكس إمكانات النمو الكبيرة للطاقة الشمسية العائمة.
مع ازدياد شعبية الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة، من المتوقع أن تبدأ الصين هذا العام مشاريع طاقة شمسية بحرية بقدرة إجمالية تتراوح بين 2 و3 جيجاواط، لا سيما في المقاطعات الساحلية مثل شاندونغ وجيانغسو وتشجيانغ وفوجيان. ومن المقرر أن يبدأ بناء العديد من هذه المشاريع بين أواخر عام 2024 وأوائل عام 2025، على أن تبدأ عمليات الشحن في الربع الأخير من عام 2024. والجدير بالذكر أن شركة "سونغرو فلوتينغ بي في"، التي تستحوذ على الحصة السوقية الأكبر، لا تزال الشركة الوحيدة القادرة على بناء مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة في مياه يزيد عمقها عن 100 متر.
إلى جانب المنشآت البحرية واسعة النطاق، تُتيح مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية في المياه الداخلية بالصين فرصًا واعدة. ويمكن تصنيف هذه المشاريع إلى أنظمة مركزية وأخرى موزعة. تتراوح قدرة مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المركزية، التي تُبنى غالبًا في مناطق الهبوط الأرضي الناتجة عن تعدين الفحم، عادةً بين 50 و200 ميغاواط. في حين تتراوح قدرة مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزعة في البرك عمومًا بين 5 و30 ميغاواط. وبشكل عام، تُظهر مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية في المياه الداخلية بالصين إمكانات هائلة، وتتوقع شركة إنفولينك أن تتجاوز قدرة منشآت الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة في الصين 5 غيغاواط هذا العام، مع وصول إجمالي قدرة المنشآت العالمية إلى 7-8 غيغاواط.
التحديات والحلول
على الرغم من نموها الواعد، تواجه أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة تحديات عديدة، من بينها متطلبات الإنشاء والصيانة المعقدة. إضافةً إلى ذلك، تتطلب المخاوف بشأن جودة المياه والنظم البيئية المائية مزيدًا من التحقق من خلال دراسات حالة. واستجابةً لذلك، تُقدم الشركات حلولًا لمعالجة هذه المشكلات. فعلى سبيل المثال، استخدمت شركة "سانغرو" للطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة موادًا صالحة للاستخدام في صناعة الأغذية في مشروعها لخزانات المياه بقدرة 60 ميغاواط في سنغافورة لضمان سلامة المياه. ومع ازدياد عدد الشركات التي تتبنى تقنيات مبتكرة ومعايير بيئية صارمة، يتزايد قبول الجمهور لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة تدريجيًا، مما يمهد الطريق للتنمية المستدامة.
الطاقة الشمسية في الصحراء: التطبيقات والميزات
تستفيد الطاقة الشمسية الكهروضوئية الصحراوية من وفرة ضوء الشمس والمساحات الشاسعة المفتوحة لتحقيق كفاءة عالية وتوليد طاقة منخفض التكلفة. وتُعدّ الصين رائدة عالميًا في مبادرات الطاقة الشمسية الصحراوية، حيث تُنفّذ مشاريع ضخمة في مناطق قاحلة مثل شينجيانغ ومنغوليا الداخلية. وتُجسّد مبادرة "شاجيهوانغ"، أول محطة طاقة هجينة صينية بقدرة 10 جيجاواط تجمع بين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، هذا التوجه. وقد تم ربط المرحلة الأولى (1 جيجاواط) بالشبكة، بينما لا تزال المرحلتان الثانية والثالثة قيد الإنشاء.
نظراً لتشديد اللوائح المتعلقة باستخدام الأراضي في مزارع الطاقة الشمسية واسعة النطاق، يتجه المطورون بشكل متزايد إلى المناطق الصحراوية، حيث يسهل الحصول على الأراضي. علاوة على ذلك، تساهم مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الصحراء في إعادة تأهيل البيئة من خلال دعم جهود التشجير، مما يجعل "تخضير الصحراء بالطاقة الشمسية" استراتيجية واعدة.
التحديات والتعديلات التقنية
تُشكّل البيئات الصحراوية تحديات بالغة الصعوبة أمام وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، بما في ذلك درجات الحرارة المرتفعة، والتقلبات الكبيرة في درجات الحرارة اليومية، والإشعاع فوق البنفسجي الشديد، والعواصف الرملية. ولمعالجة هذه المشكلات، يعمل المصنّعون على تطوير تقنيات مثل الزجاج الأكثر سمكًا لمقاومة الرمال، والطلاءات المضادة للغبار، وتحسين القدرة على التحمّل الحراري.
في بعض المناطق، يجب الالتزام بلوائح محددة. على سبيل المثال، في منغوليا الداخلية، يجب أن تتضمن مشاريع الطاقة الشمسية أنظمة تخزين الطاقة لضمان استقرار الشبكة، كما يُشترط إنتاج وحدات الطاقة الشمسية والبطاريات محليًا. علاوة على ذلك، تحدّ قيود نقل الطاقة في شمال غرب الصين من صادرات الكهرباء إلى المقاطعات الأخرى، مما يقلل الاهتمام بمشاريع الطاقة الشمسية في المناطق الصحراوية. ونتيجة لذلك، يبقى الطلب على تطوير الطاقة الشمسية في المناطق الصحراوية محدودًا نسبيًا في عام 2024.
الآفاق المستقبلية
تمثل تقنيات الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة والصحراوية اتجاهات واعدة لمستقبل الطاقة المتجددة. ولتحقيق أقصى قدر من الفوائد الاقتصادية، تدمج بعض مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة تربية الأحياء المائية والسياحة البيئية، لتشكل نموذجًا متكاملًا للطاقة الشمسية ومصايد الأسماك. في الوقت نفسه، تستكشف مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية الصحراوية مناهج متعددة الوظائف، تجمع بين الطاقة الشمسية والزراعة وإعادة تأهيل النظم البيئية لتطوير حدائق صحراوية مستدامة.
على الرغم من أن هذه التطبيقات لا تزال أسواقًا متخصصة عالميًا، إلا أن التطورات التكنولوجية المستمرة والسياسات الداعمة قد تدفع بتوسعها. ومع تزايد المخاوف البيئية والطلب على الطاقة، تتمتع كل من أنظمة الطاقة الشمسية العائمة والصحراوية بإمكانية تحقيق التوازن بين الجدوى الاقتصادية والاستدامة البيئية، مما يخلق وضعًا مربحًا للجميع في مجال التحول الطاقي.
