كم نحتاج من الألواح الشمسية لجعل طاقة الأرض كلها شمسية؟

ساعة واحدة نهارًا، يتساوى فيها مقدار الطاقة الشمسية الذي تتلقاه الأرض مع استهلاك البشر للطاقة خلال عام بأكمله؛ على الرغم من هذا شكلت الطاقة الشمسية 39% فقط من طاقة الولايات المتحدة للعام الماضي.

يعتقد أصحاب الرؤى مثل إيلون ماسك-Elon Musk أنَّ الطاقة الشمسية ستُصبح أكبر مصدر للطاقة بحلول عام 2031م، وفقًا لمقابلة أجراها مع تيم أوربان-Tim Urban في برنامج “انتظر لكن لماذا-Wait But Why”.

ولكن كيف سيبدو عالم يُدار بالطاقة الشمسية ؟! من المحتمل أن تتناثر الألواح الشمسية على سطح الأرض، أليس كذلك؟
خطأ؛ فلو أنَّ كفاءة الطاقة الشمسية20 % -كما هي في معامل الاختبارات- في تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء، ربما سنحتاج أن نغطي مساحة من الأرض بحجم أسبانيا تقريبًا لإمداد الكرة الأرضية بطاقة متجددة بحلول عام 2030م.

هذه الخريطة، من مبادرة مُولَد فن الأرض، تظهر مدى ضآلة تلك المساحة:

وفي حين يبدو الأمر مفيدًا في الخريطة أن تظهر الطاقة الشمسية كمربعات في حِزِم صغيرة، في الواقع يمكن أن ينتشر هذا المجال على مساحة أكبر، مع الألواح الشمسية على أسطح البيوت وتلك الممتدة عبر الصحراء.

لتوضيح هذا، قام العاملون بمبادرة مولد فن الأرض ببعض الحسابات الآتية:

تبعًا لتقدير إدارة معلومات الطاقة الأمريكية للاستهلاك العالمي للطاقة لعام 2030م، فإن 678 كدريليون BTU (= 198,721,800,000,000 كيلواط. ساعة -BTU وحدة حرارية بريطانية = 0.293071 واط. ساعة- وبالقسمة على 400 كيواط. ساعة من إنتاج الطاقة الشمسية لكل 1متر مربع من الأرض، ( بناءًا على 20% كفاءة، 70% سطوع للشمس بأيام السنة، وحقيقة أن 1000 واط من الطاقة الشمسية تضرب كل متربع من الأرض ) = 496,805 كيلو مترات مربعة من الألواح الشمسية أي تقريبًا 191,817 ميلًا مربعًا.

تذكر، لو أننا نستطيع الاعتماد على الطاقة الشمسية حيث لا وقود حفرى، جازولين، فحم أو غاز طبيعي؛ فينبغي علينا الآن أن نعمل على تحقيق ذلك. (1)

جيل جديد من الطواحين الهوائية:

الباحثون في الولايت المتحدة اخترعوا شكل جديد من طاقة الرياح في صورة شجرة ميكانيكية صناعية لتُنتج طاقة عن طريق الاهتزازات، يعمل الشجر على نسيم الهواء الطبيعي أو الحركات البسيطة التي تحدث من العوامل المختلفة، ويتوقع العلماء صور جديدة من الطاقة المتجددة سيتم تطويرها في المستقبل مثل هذه الفكرة.

الفكرة هي الحصول على جهاز قادر على تحويل أي طاقة عشوائية لطاقة نستطيع استخدامها، مثلًا يمكننا الحصول على الطاقة من خطوات المشاة على جسر أو رياح تعبر ليهتز الجسر بشكل بسيط فتستخدمها لإنتاج الكهرباء، ووجد الباحثون أنَّ هيكل هذه الشجرة مصنوع من مواد كهروميكانيكية لتقوم بهذه العملية بكفاءة.

تجد تأثر المباني بتمايل بسيط نتيجة الرياح واهتزاز الجسر الذي تعبر عليه السيارات أو عبور السيارات فوق المطبات الصناعية، كل هذه الصور المتجمعة تُهدر الكثير من الطاقة الحركية ويريد الباحثون إعادة توليد هذه الطاقة من جديد.

لإختبار هذه النظرية قام العلماء بصناعة شجرة لها جذعين من الحديد الصلب، واحد منهم يُمثل الجزع والىخر يُمثل الفرع، وعندما تعرضت الشجرة لقوة بسيطة لا تُبين اهتزازها أنتجت جهد كهربي صغير، وقد زاد هذا الجهد عندما أثروا بسلسلة من الإهتزازات المتقطعة فأثبت ذلك صحة نظريتهم، حتى التأثير بكمية كبيرة من الإهتزازات الصوتية أنتجت منها الشجرة جهد كهربي قوي.
(2)

طريق يُولد طاقة الشمسية:

صرحت الحكومة الفرنسية أنَّها سترصف طريقًا 1000 كم من ألواح الطاقة الشمسية الضوئية، سيكون هذا خلال ال 5 سنوات المقبلة لهدف إمداد 5 ملايين شخص (8%من شعب فرنسا) بالطاقة المتجددة.

تجد مشاكل هذا المشروع في ارتفاع تكلفة بناءه وعدم التأكد من بقاء سلامة الألواح بالمقارنة في استخدامها الطبيعي فوق الأسطح، بالرغم من ذلك دعمت الحكومة هذا المشروع للعمل على تطوير تكنولوجيا الطاقة المتجددة.

في الحقيقة فرنسا ليست أول دولة تقوم بمشروع الطريق الشمسي، ففي عام 2014 في الولايات المتحدة قام زوجان بتجميع أكثر من 2مليون دولار من حملة تمويل جماعي لتطوير الألواح الشمسية لاستخدامها على الطريق؛ وفي هولندا تم تركيب أول طريق باستخدام الألواح الشمسية والذي عمل بشكل رائع على طريق مخصص للدرجات الهوائية.

ولكن هذه المرة سيتم تركيب هذه الألواح في الطرق العامة، والتصميم هذا سيُركب فوق الطرق الموجودة حاليًا دون الحاجة إلى تدمير أو إعادة بناء البنية التحتية، وجاء على لسان المدير التنفيذي للمشروع (هيرفي ليبوك) أنَّهم اختبروا الألواح وقدروا عمرها الافتراضي بمليون سيارة تعبر من فوقها أو 20 سنة من حركة المرور الطبيعية. كما نجح الاختراع أمام عوامل الطقس وحماية السيليكون جافًا أثناء الأمطار، والمادة أيضًا رقيقة جدًا للتأقلم مع التمدد الحراري في الطريق.

سماكة هذه الألواح 15سم فقط ومصنوعة من السيليكون متعدد الكريستال ومغلفة بمادة صمغية لتجعلها قوية، وطبقة الألواح الخارجية تجعلها فريدة حيث أنَّها ليست زلقة وبذلك ستقلل من خطر حدوث الحوادث المرورية.

تلك كانت بعض المشاريع الرائعة باستخدام الطاقة المتجددة وخاصة الطاقة الشمسية، لك أن تتخيل تطور هذه الطاقة في المستقبل وسرعة توسعها حول العالم، لابد من عدم إهمال هذا المورد الموجود بكثرة، ولا أشك في وجود الطاقة المتجددة كشيء أساسي في مستقبل حياة البشر، لنأمل حدوث ذلك قريبًا. (3)

إعداد وترجمة: محمد سلامه و مالك المغربي
مراجعة: مالك المغربي
.
المصادر:
1- Harrington, R., Sep. 24, 2015, 148, 484, & 43. (n.d.). Here’s how much of the world would need to be covered in solar panels to power Earth. Retrieved March 13, 2016, from http://www.techinsider.io/map-shows-solar-panels-to-power-the-earth-2015-9

2- Nield, D. (n.d.). Tiny, artificial trees could form the next generation of windmills. Retrieved March 13, 2016, from http://www.sciencealert.com/tiny-artificial-trees-could-form-the-next-generation-of-windmills

3- MacDonald, F. (n.d.). France will install 1,000 km of solar-panelled roads in the next 5 years. Retrieved March 15, 2016, from http://www.sciencealert.com/france-is-planning-to-install-1-000-km-of-solar-panelled-roads-in-the-next-5-years