يستقبل كوكبنا أكثر من 173000 تيراواط من الطاقة كل عام من الشمس – وهذا أكثر من 10000 ضعف الطاقة التي نحتاجها [1] . مع هذه الطاقة الوفيرة، سيكون مستقبل الطاقة الشمسية بالتأكيد مشرقًا!
على الرغم من أننا أصبحنا الآن على دراية بالألواح الشمسية، إلا أن إحدى المزايا الرئيسية للطاقة الشمسية هي أن الابتكارات لا تزال مزدهرة في هذا القطاع حتى نتمكن من استخدام طاقة الشمس بطرق أفضل. من يدري، ربما في غضون 20-30 عامًا من الآن، ستكون الطريقة التي نستعيد بها الطاقة الشمسية قد تغيرت تمامًا!
ومع ذلك، في الوقت الحالي، هناك تقنيتان معترف بهما على نطاق واسع لتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء : الألواح الكهروضوئية (PV) والطاقة الشمسية المركزة، والمعروفة أيضًا باسم الطاقة الحرارية الشمسية.
وفقًا للخبراء، من المتوقع أن تهيمن هاتان التقنيتان على عالم الطاقة الشمسية حتى عام 2050 [2] . الاسباب لهاذا متعددة.
ارتفاع الألواح الشمسية
في المقام الأول، أصبحت الألواح الشمسية التي كانت ذات يوم سلعة فاخرة تقريبًا نظرًا لارتفاع سعر شرائها، في متناول الجميع الآن . بين عامي 2008 و 2013، انخفضت تكلفة الألواح الشمسية بأكثر من 50 بالمائة ومن المقدر أن تنخفض أكثر [1] . وبالتالي، أصبحت الألواح الشمسية الآن في متناول المستهلك العادي وغالبًا ما تشجع السياسات الحكومية الناس على الاستثمار مقدمًا لشراء الألواح الشمسية.
ولكن مع اعتماد الطاقة الشمسية على نطاق واسع، هناك أعمال جديدة تظهر استجابة للاحتياجات الجديدة التي يتم إنشاؤها، على سبيل المثال الطلب على مساحة للألواح الشمسية أو حلول لتخزين الطاقة الشمسية.
يعمل الباحثون أيضًا باستمرار لإيجاد حلول أفضل لتجميع الطاقة الشمسية التي ستكون أكثر كفاءة وبأسعار معقولة وصغيرة الحجم.
فيما يلي بعض الأمثلة على العمل الذي يتم في جميع أنحاء العالم لتحسين طريقة حصادنا للطاقة الشمسية!
ابتكارات في مجال حصاد الطاقة الشمسية
الألواح الشمسية القابلة للطباعة
تهدف الألواح الشمسية القابلة للطباعة إلى أن تصبح الحل الأمثل للطاقة الشمسية على الأسطح ، وذلك بهدف خفض التكاليف إلى ما يزيد قليلاً عن تكلفة Venti Starbucks Frappucino . يقوم باحثون من جامعة نيوكاسل في أستراليا باختبار الخلايا الشمسية التي تستخدم أحبارًا إلكترونية مطبوعة على فيلم بلاستيكي.
سيكون سمك هذه الألواح أقل من عُشر المليمتر، ويمكن طباعتها بسرعة بكميات كبيرة وكل هذا مقابل أقل من 8 دولارات للمتر المربع. سيكون هذا أرخص بشكل مذهل مقارنة بألواح السقف الشمسية من تسلا، على سبيل المثال، والتي تكلف حوالي 235 دولارًا للمتر المربع [4] .
تحسين كفاءة الألواح الشمسية
تعد كفاءة الألواح الشمسية جانبًا آخر عازم الخبراء على تحسينه. منذ الخمسينيات من القرن الماضي، تحسنت كفاءة الألواح الشمسية من حوالي 6٪ [5] إلى حوالي 15٪ [1] .
ولكن لا يزال هناك مجال كبير للتحسين: يعتقد بعض العلماء أنه يمكن تحسين الكفاءة من خلال التقاط طيف الأشعة تحت الحمراء من الشمس . في الوقت الحالي، لا تمتص الألواح الشمسية ضوء الشمس هذا، وبالتالي فهو في الأساس نفايات. إذا كان من الممكن الاستفادة من هذه الطاقة، يمكن أن تعزز كفاءة الطاقة للألواح الشمسية بنسبة 30٪ [1] .
الخلايا الشمسية البكتيريا الزرقاء
يمكن أيضًا تحقيق مكاسب في الكفاءة من خلال تجربة مواد جديدة . يعمل العلماء مع المواد البيولوجية في محاولة لجعل الخلايا الشمسية تستخدمها. تتضمن هذه العملية استخدام البكتيريا الزرقاء للمساعدة في تشغيل الأجهزة اللاسلكية.
في الوقت الحالي، تعد كفاءة هذه الخلايا الشمسية الحيوية أقل بكثير مقارنة بالخلايا الكهروضوئية التقليدية، لكن العلماء يأملون في تحسين ذلك خاصة وأن هذا النوع من الخلايا الشمسية يمكن أن يكون مفيدًا جدًا في توفير الطاقة في المناطق النائية حيث قد يتم استبدال البطاريات. تكون أكثر صعوبة [1] .
المواد الجديدة تصنع العجائب
تشمل الأنواع الأخرى من المواد التي يتم البحث عنها كبدائل لإنتاج الألواح الشمسية زرنيخيد الغاليوم وتيلوريد الكادميوم والسيليكون غير المتبلور وكذلك البيروفسكايت . البيروفسكايت، الذي صاغ الخلية الشمسية “مادة عجيبة” ، مادة تحمل الكثير من الأمل. إنه منتج أرخص مع إمكانية أن يكون بنفس الكفاءة – إن لم يكن أكثر – من خلايا السيليكون التقليدية.
تحتوي مادة البيروفسكايت على نوع خاص من التركيب البلوري يمكن وصفه بأنه مادة هجينة عضوية غير عضوية أو مادة قائمة على هاليد القصدير، مثل الطبقة النشطة لحصاد الضوء. في حين أن خلايا البيروفسكايت ليست بأي حال من الأحوال في مرحلة تجارية، يعتقد الباحثون أنه في غضون خمس إلى عشر سنوات من الممكن أن نتجه نحو ثورة في سوق الطاقة الشمسية.
هذا لأن الخبراء يشعرون أنه من خلال الجمع بين خلايا البيروفسكايت وخلايا السيليكون، يمكننا تحسين كفاءة الطاقة الشمسية بشكل كبير. يعمل الباحثون على تقنية تجريبية جديدة تضع طبقات من خلايا البيروفسكايت الشمسية فوق خلايا السيليكون من أجل زيادة كفاءتها الإجمالية [6] .
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون التصميم الأفضل أيضًا حلاً لتحسين كفاءة الطاقة. تستثمر شركة IBM في جعل الخلايا الكهروضوئية الفردية أصغر حجمًا بحيث يمكن وضع المزيد منها في مساحات أضيق. يعتقد خبراء شركة IBM أنه من خلال جعل الألواح الشمسية أصغر حجمًا ، يمكنهم في النهاية تجميع عدد أكبر من الخلايا الكهروضوئية بعشرة أضعاف في نفس المساحة [1] .
مزارع الطاقة الشمسية العائمة
بالنظر إلى أن الألواح الكهروضوئية تشغل مساحة أيضًا، فقد فكرت الشركات أيضًا في طرق مبتكرة لوضع الألواح الكهروضوئية. بالإضافة إلى تكييفها كقرميد للأسقف ولتغطية واجهات المباني، تظهر مقترحات لإنشاء ألواح كهروضوئية عائمة أو لدمجها في الأراضي الزراعية.
في الواقع، تفضل بعض المنظمات البيئية دمج الألواح الشمسية في الأراضي الزراعية لأن هذا يسمح باستخدام مختلف للأرض مما يشجع التنوع البيولوجي .
جذبت مزارع الطاقة الشمسية العائمة أيضًا الكثير من الاهتمام خاصة وأن بعض الشركات مثل Ciel & Terre International تعمل على جعل هذا حقيقة واقعة من خلال إنشاء حل للطاقة الشمسية على نطاق واسع وعائم منذ عام 2011.
يجري بالفعل إنشاء إحدى هذه المزارع كمحاولة للتجربة قبالة سواحل المملكة المتحدة ؛ يمكن محاولة تنفيذ مشاريع مماثلة في الهند وفرنسا واليابان [1] .
هناك الكثير من الأشياء التي تختمر في عالم الطاقة الشمسية، لدرجة أنه بصرف النظر عن التنبؤ بتخفيض التكاليف وزيادة الكفاءة، لا يمكن لأحد أن يخمن بدقة كيف سيبدو مستقبل الطاقة الشمسية. ومع ذلك، هناك شيء واحد مؤكد: تعتبر الطاقة الشمسية أحد الحلول الرئيسية لتحقيق مستقبل منخفض الكربون.