أخبار ar.wedoany.com، أجرى باحثون من جامعة لايبنتس هانوفر الألمانية (Leibniz University Hannover) وجامعة لابينرانتا-لاهتي للتكنولوجيا الفنلندية (LUT University) مراجعة منهجية لستين دراسة محكمة حول تحولات الطاقة. تشير معظم الدراسات إلى أن الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح مجتمعتين ستشكلان ما بين 80% و99% من توليد الكهرباء بحلول عام 2050؛ بينما تتراوح النماذج الخاصة بحصة الطاقة الشمسية الكهروضوئية وحدها بين 5% و98%. ويعود الاختلاف في النتائج بشكل رئيسي إلى عدد ساعات التحميل الكامل للطاقة الشمسية في مختلف البلدان، والافتراضات التقنية والاقتصادية المعتمدة في النماذج، ودرجة التعقيد في بناء النماذج.
تحمل الدراسة عنوان "آفاق الطاقة الشمسية الكهروضوئية لتصبح مصدر الطاقة المهيمن في المستقبل في سيناريوهات تحول الطاقة المتجددة العالية". جميع الدراسات الستين المُدرجة خضعت للتحكيم الأكاديمي، وتغطي كل منها قطاعات الكهرباء والحرارة والنقل على الأقل، وتحدد حصة الطاقة المتجددة بنسبة لا تقل عن 95% بحلول عام 2050. وإلى جانب تلخيص نتائج الدراسات، ركز العمل على تحليل الافتراضات الرئيسية التي أدت إلى تباين النتائج. في ظل السعي العالمي لحصر الاحترار في حدود أقل بكثير من درجتين مئويتين، يعتمد إزالة الوقود الأحفوري من منظومة الطاقة بشكل كبير على الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح؛ وتدخل الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى منظومة الطاقة بوتيرة لم يشهدها أي مصدر كهرباء آخر في التاريخ، مدفوعة بانخفاض التكاليف، وشبه العالمية في التوافر، وتنوع التطبيقات.
تُعد الافتراضات المتعلقة بالتكاليف سببًا مهمًا للفروق في نتائج النماذج المختلفة. تتراوح تقديرات الدراسات المشمولة للإنفاق الرأسمالي (capex) على مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية واسعة النطاق بحلول عام 2050 بين 151 يورو (174.1 دولارًا أمريكيًا)/كيلوواط و720 يورو/كيلوواط، حيث لا تزال نحو 18% من الدراسات تفترض مستويات أعلى من 500 يورو/كيلوواط، بينما انخفضت التكلفة الفعلية الحالية للطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى ما دون 500 يورو/كيلوواط. ونظرًا لأن انخفاض تكاليف الطاقة الشمسية الكهروضوئية أسرع مما تتوقعه معظم السيناريوهات، فإن النماذج التي تعتمد هذه البيانات المتقادمة تقلل بشكل منهجي من الدور المستقبلي للطاقة الشمسية الكهروضوئية.
الأداء التقني لا يقل أهمية عن افتراضات التكلفة. نحو ثلث الدراسات يصمم تقنية كهروضوئية عامة واحدة فقط، دون إدراج تطبيقات مثل التتبع أحادي المحور، والألواح ثنائية الوجه، والأنظمة الكهروضوئية العائمة، والزراعة الكهروضوئية، وأنظمة الأسطح مع المستهلكين المنتجين (prosumers). كما تؤثر الدقة الزمنية على النتائج: فمقارنة بالمحاكاة بالساعة، قد يؤدي استخدام فترات زمنية تمثيلية إلى تشويه كبير في تقييم الموارد المتغيرة مثل الطاقة الشمسية؛ وقد اعتمدت 80% من الدراسات المشمولة دقة على مستوى الساعة. النماذج التي تجمع بين مزيج متنوع من التقنيات الكهروضوئية والربط الكامل بين القطاعات عادة ما تعطي أعلى حصة للطاقة الشمسية الكهروضوئية، وربما الأكثر واقعية.
الربط بين القطاعات يوسع نطاق استخدام الطاقة الشمسية الكهروضوئية. يمكن لمسارات Power-to-X تحويل الكهرباء الشمسية الرخيصة إلى هيدروجين ووقود اصطناعي ومواد كيميائية اصطناعية ومواد اصطناعية وأغذية اصطناعية ومياه نظيفة وغابات اصطناعية، لتحل محل القطاعات التي يصعب كهربتها في النقل والصناعة والتي كانت تعتمد سابقًا على الوقود الحيوي أو واردات الوقود الأحفوري. أكثر من نصف الدراسات المشمولة بقليل تتضمن مسارًا واحدًا على الأقل للوقود الاصطناعي، وكلما وُجدت هذه المسارات، ارتفعت قيمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في منظومة الطاقة. إزالة ثاني أكسيد الكربون، التي تهيمن عليها عادة الطاقة الحيوية، تواجه اليوم فرصة غير مسبوقة في مجال استعادة المناخ. ترى الدراسة أن منظومة الطاقة هذه يمكن اعتبارها اقتصاد Power-to-X ناشئًا، وهو في جوهره غالبًا اقتصاد Solar-to-X.
كما اشتق الباحثون علاقة تجريبية بين ساعات التحميل الكامل وحصة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وطبقوها على المستوى العالمي، مرجحةً بعدد السكان، لتقدير أن الطاقة الشمسية الكهروضوئية ستوفر نحو 61% من الكهرباء العالمية بحلول عام 2050. هذه القيمة لا تنبثق من نموذج واحد، بل هي نتيجة مجمعة لعشرات الفرق المستقلة والمنهجيات المختلفة؛ وتشير توقعات بعض النماذج العالمية الفردية إلى 70% أو أكثر. وقد وضع المجتمع العالمي للطاقة الشمسية الكهروضوئية هدفًا يتمثل في تركيب 75 تيراواط بحلول منتصف هذا القرن.
تُظهر التوقعات الاقتصادية المستقلة أن "نقطة التحول الشمسية" العالمية ربما تكون قد تجاوزت بالفعل: فحتى بدون سياسات مناخية إضافية، ستسيطر الطاقة الشمسية تدريجيًا على سوق الكهرباء. بحلول عام 2025، بلغ إجمالي التركيبات الكهروضوئية العالمية نحو 3 تيراواط، مع إضافات سنوية بلغت نحو 700 جيجاواط في ذلك العام وحده؛ وشكلت الطاقة الشمسية الكهروضوئية نحو 70% من إضافات القدرة الكهربائية العالمية الجديدة في عام 2025.
في النماذج التي تستخدمها وكالة الطاقة الدولية (IEA) والهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC)، غالبًا ما يُقلَّل من الدور المستقبلي للطاقة الشمسية الكهروضوئية. بعد تصحيح بيانات التكلفة المتقادمة وأساليب النمذجة المبسطة بشكل مفرط، ترى الدراسة أن الطاقة الشمسية الكهروضوئية ستصبح مصدر الطاقة المهيمن في العقود القادمة. بالنسبة لمطوري النماذج، يتطلب الأمر التخلي عن منحنيات التكلفة المتشائمة وإدراج جميع التقنيات الكهروضوئية المتاحة؛ وبالنسبة لصناع السياسات، فإن التخطيط بناءً على افتراضات الأمس قد يؤدي إلى بناء منظومة طاقة من الماضي، وليس المنظومة القادمة.
دراسة أخرى أُجريت بالتعاون بين جامعة LUT وجامعة لايبنتس هانوفر والمركز المشترك للبحوث التابع للمفوضية الأوروبية (Joint Research Centre) والجامعة التقنية الدنماركية (Technical University of Denmark)، استندت إلى قاعدة بيانات تضم أكثر من 1000 مقال تحليلي لأنظمة الطاقة المتجددة بنسبة 100%، واستعرضت تطور دور الطاقة الشمسية الكهروضوئية في هذه الدراسات على مدى الخمسين عامًا الماضية. كانت حصة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الدراسات المبكرة غالبًا ضئيلة، بينما تتراوح التقديرات الحديثة لحصة الطاقة الشمسية الكهروضوئية العالمية بين 60% و80%. حددت الدراسة 29 مقالًا بارزًا في قاعدة البيانات، أدخل كل منها عناصر جديدة مرتبطة بدور الطاقة الشمسية الكهروضوئية؛ ويمكن تصنيف هذه المعالم إلى أربع فئات: مناهج استشرافية لدور الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وتقدم تطبيقات الأنظمة الكهروضوئية، وتوسع المعرفة الاقتصادية، والتقدم المنهجي الذي يتيح وصفًا أكثر واقعية للطاقة الشمسية الكهروضوئية في منظومة الطاقة-الصناعة.
في أحدث تحليلات أنظمة الطاقة المتجددة بنسبة 100%، يمكن وصف الطاقة الشمسية الكهروضوئية بما يصل إلى ثمانية تطبيقات نظامية، مع اعتماد دقة على مستوى الساعة وتصميم بحثي متعدد العقد مترابط؛ ويمكن للنماذج تغطية جميع القطاعات بما في ذلك الكهرباء والحرارة والنقل والصناعة وتحلية المياه وإزالة ثاني أكسيد الكربون، مع إدراج مسارات Power-to-X الكاملة، ومجموعات مرونة مثل الشبكات والتخزين والاستجابة للطلب، ومسارات متنوعة للربط بين القطاعات وتحويل الطاقة. ومع ذلك، فإن التمييز بين الأنظمة الكهروضوئية إلى أرضية واسعة النطاق وأسطح لا يزال بعيدًا عن كونه ممارسة معيارية، حيث لم يقم بذلك سوى 16% من جميع الدراسات. على المستوى العالمي، تكتشف الدراسات بشكل متزايد أن الطاقة الشمسية الكهروضوئية ستشكل ما بين 60% و80% من إجمالي إمدادات الطاقة بحلول منتصف هذا القرن أو بعده؛ ويبلغ متوسط توقعات دراسات التحول 61%.
العلاقة بين المقالات الـ29 البارزة والعناصر المختلفة هي: 13 مقالًا مرتبطة بالمناهج الاستشرافية، و16 مقالًا مرتبطة بتقدم تطبيقات الأنظمة الكهروضوئية، و15 مقالًا مرتبطة بتوسع المعرفة الاقتصادية، و13 مقالًا مرتبطة بالتقدم المنهجي، و4 مقالات مرتبطة بمساهمات محددة أخرى؛ ويمكن أن يُدرج المقال الواحد في أكثر من فئة في الوقت نفسه. من حيث التوزيع الزمني، هيمنت المناهج الاستشرافية في السبعينيات؛ وشهدت الفترة من الثمانينيات حتى العقد الأول من القرن الحادي والعشرين نشاطًا بحثيًا محدودًا في هذا المجال؛ وفي العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين ظهرت تطورات منهجية متنوعة أرست الأساس لتحليلات أنظمة الطاقة المتجددة بنسبة 100% الحديثة؛ ومع دخول العقد الثالث من القرن الحادي والعشرين، تعمل جميع المعالم تقريبًا على توسيع الأساليب والمعرفة الاقتصادية وتنوع الأنظمة الكهروضوئية.
المقالات التي تُعتبر بارزة دفعت آفاق البحث نحو حصص عالية جدًا من الطاقة الشمسية الكهروضوئية عبر الأسس المفاهيمية في أواخر السبعينيات وعبر التحليل الكمي في منتصف التسعينيات. أتاح إدخال الدقة على مستوى الساعة إجراء تحليلات تفصيلية للجدوى التقنية؛ وقيمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزعة على الأسطح أُدركت مبكرًا، وتم في النهاية قياسها كميًا كجزء من حلول منظومة الطاقة الأقل تكلفة، على الرغم من انخفاض تكلفة توليد أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية واسعة النطاق. بعد إدراج مسارات Power-to-X المتنوعة وخيارات المرونة في نماذج التحسين التي تهدف إلى تقليل التكاليف، مع مراعاة القيود التقنية والاجتماعية المحددة، أظهرت الدراسات أن مساهمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية تتراوح بين 60% و80%، ويمكن استخدامها لتلبية جميع احتياجات الطاقة البشرية. لقد أرست الأبحاث ذات الصلة على مدى خمسين عامًا الأساس لإجراء تحليلات شاملة والتوصل إلى توقعات بحصة تبلغ 61% أو أكثر للطاقة الشمسية الكهروضوئية، كما تساهم في إدراك دور الطاقة الشمسية الكهروضوئية في بناء حضارة مستدامة — قدوم عصر الطاقة الشمسية.
