الألواح الشمسية العائمة في الخزانات؟ سنشرب لذلك

في عام 2021 ، نشر كامبل ورقة أخرى تستند إلى نفس المبدأ: إذا امتدت كاليفورنيا 4000 ميل من نظام قنواتها بألواح ، فستوفر 63 مليار جالون من المياه من التبخر كل عام وتوفر نصف سعة الطاقة النظيفة الجديدة التي تحتاج الولاية للوصول إليها. أهدافها في إزالة الكربون.

وجدت الدراسة الجديدة أن الولايات المتحدة لديها الكثير من الخزانات – حوالي 26000 بأحجام مختلفة ، ويبلغ مجموعها 25000 ميل مربع من المياه – فإنها ستستفيد بشكل خاص من الخلايا الكهروضوئية على نطاق واسع. إذا غطت الدولة 30 في المائة من مساحة خزانها بألواح عائمة ، يمكن أن تولد 1900 تيراواط ساعة من الطاقة – حوالي خمس الإجمالي العالمي المحتمل – مع توفير 5.5 تريليون جالون من المياه سنويًا.

يمكن للصين إدارة 1100 تيراواط ساعة سنويًا ، تليها البرازيل والهند عند 865 و 766 على التوالي. يمكن لمصر نشر 100 ميل مربع من الخلايا الكهروضوئية العائمة وتوليد 66 تيراواط ساعة من الكهرباء مع توفير أكثر من 200 مليار جالون من المياه سنويًا.

وجدت الدراسة كذلك أن 40 دولة نامية اقتصاديًا – بما في ذلك زيمبابوي وميانمار والسودان – لديها قدرة أكبر على الطاقة الكهروضوئية العائمة من الطلب الحالي على الطاقة. (على الرغم من أنها تتطور ، فإن الطلب على الطاقة سيرتفع).

هناك جانب إيجابي إضافي في الخلايا الكهروضوئية وهو أن العديد من الخزانات مجهزة بسدود كهرومائية ، لذا فهي تمتلك بالفعل البنية التحتية الكهربائية لنقل الطاقة الشمسية إلى المدن. مصدرا الطاقة يكملان بعضهما البعض بشكل جيد ، كما يقول Zhenzhong Zeng ، من جامعة جنوب الصين للعلوم والتكنولوجيا ، وهو مؤلف مشارك في الورقة الجديدة. “يعد تقطع الطاقة الشمسية أحد العقبات الرئيسية أمام تطورها. يقول زينج إن الطاقة الكهرومائية ، التي يتم التحكم بها في الغالب ، يمكن أن تعوض النقص في الليل عندما لا تعمل الطاقة الشمسية. “علاوة على ذلك ، يمكن دمجها مع طاقة الرياح ، والتي عادة ما تكون مكملة بشكل جيد للطاقة الشمسية.”

سيكون توفير المياه أكثر أهمية حيث يتسبب تغير المناخ في حدوث جفاف فائق ، مثل الجفاف التاريخي الذي كان يجتاح الدول الغربية. ولكن حتى إذا انخفض مستوى المياه في الخزان بشدة وبدأ توليد الطاقة الكهرومائية في الانخفاض ، فإن الخلايا الكهرومائية العائمة ستظل تولد الكهرباء. (ومع ذلك ، فإن المزيد من الخزانات البعيدة التي لا تحتوي على أنظمة كهرومائية ستحتاج إلى توصيل ألواحها الشمسية بالشبكة الأكبر ، مما سيزيد التكاليف).

يمكن أيضًا أن تتفاعل الخلايا الكهروضوئية بشكل جيد مع الشبكات الصغيرة ، كما تقول سيكا جادزانكو ، باحثة تكنولوجيا الطاقة والسياسة في المختبر الوطني للطاقة المتجددة. هذه مفصولة عن شبكة أكبر وتستخدم الطاقة الشمسية لشحن البطاريات ، والتي يمكنها ، على سبيل المثال ، تزويد المباني بالطاقة في الليل. يقول Gadzanku ، الذي لم يكن مشاركًا في الورقة الجديدة ولكن نظيرًا: “إذا كان لديك بركة ضخمة في منطقة نائية ، فإن نشر الخلايا الكهروضوئية العائمة يمكن أن يبدو مشابهًا لمجرد تطبيق مشروع للطاقة الشمسية بالإضافة إلى البطارية في بعض المناطق النائية الأخرى”. راجعها.

ويمكن أن تفيد المجتمعات الصغيرة بطرق أخرى ، كما يقول Gadzanku: إن تركيب نظام عائم على بركة محلية يمكن أن يوفر المياه وقد يكون أرخص من محاولة ربط منطقة نائية بشبكة أكبر. “توسيع الشبكة أمر مكلف للغاية” ، كما تقول.

إن وضع الألواح فوق القنوات أو الخزانات من شأنه أن يستفيد من المساحة التي تم تعديلها بالفعل من قبل الناس ، ولن يتطلب الأمر إخلاء مساحة إضافية لمزارع الطاقة الشمسية الضخمة. (يمكن أيضًا نشر الخلايا الكهروضوئية العائمة في المسطحات المائية الملوثة ، مثل البرك الصناعية.) “إنها تستهلك حوالي 70 ضعفًا من الأرض للطاقة الشمسية مقارنة بمحطة الغاز الطبيعي ، للحصول على سعة متساوية” ، كما يقول المهندس البيئي براندي ماكوين من جامعة كاليفورنيا. ، ميرسيد ، الذي شارك في تأليف ورقة القناة مع كامبل لكنه لم يشارك في هذا العمل الجديد. “إذا كنا سنصل إلى هذه الأهداف المناخية الطموحة مع حماية التنوع البيولوجي أيضًا ، فنحن بحاجة حقًا إلى النظر في هذه الحلول التي تستخدم البيئة المبنية.”

في السنوات الأخيرة ، تخرجت الخلايا الكهروضوئية العائمة من مشاريع صغيرة الحجم إلى مزارع شمسية مترامية الأطراف ، كما هو الحال في خزان تينجه في سنغافورة ، حيث تشغل الألواح مساحة تساوي 45 ملعبًا لكرة القدم. مع توسع الأنظمة ، “نحتاج حقًا إلى مزيد من البحث حول ماهية بعض التأثيرات المحتملة ، والتفكير في هذه النظم البيئية للمياه” ، كما يقول Gadzanku. على سبيل المثال ، قد يمنع الظل نمو النباتات المائية ، أو قد تسبب الألواح مشاكل للطيور المائية المحلية والطيور المهاجرة التي تعتمد على الخزانات كمنصات توقف. قد يكون من المفيد تحديد ، على سبيل المثال ، ما إذا كان هناك تباعد مثالي بين الألواح للسماح للأنواع بالتحرك بحرية حول الماء.

في حين أن هذه المشاريع وحدها لن تكون قادرة على تزويد المدن الكبرى بالعصير ، فإنها ستساعد في تنويع توليد الطاقة ، مما يجعل الشبكة أكثر مرونة مع زيادة سرعة ثورة الطاقة المتجددة. يقول كامبل: “الطاقة مشكلة كبيرة جدًا ، ولن تكون لدينا رصاصة فضية واحدة”. “نحتاج إلى الخلايا الكهروضوئية العائمة وحوالي مائة شيء آخر لتلبية احتياجاتنا من الطاقة.”