نشر فريق من الباحثين من جامعة بكين أول تقدير كمي شامل لكيفية تأثير تغير المناخ على أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على نطاق عالمي. تم نشر النتائج في مجلة الطاقة المرموقة جول، وأشارت إلى أن ارتفاع درجات الحرارة سيؤدي إلى تدهور أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بسرعة، وتقليل عمرها الإنتاجي المتوقع، وزيادة تكاليف الكهرباء الشمسية بشكل كبير، مما يخلق عقبة شديدة أمام التحول إلى الطاقة النظيفة في جميع أنحاء العالم.
تم إجراء دراسة بعنوان "تغير المناخ سيزيد من مخاطر درجات الحرارة المرتفعة- والتدهور وتكاليف الخلايا الكهروضوئية على الأسطح على مستوى العالم بواسطة فريق من معهد التصنيع المتقدم والروبوتات بجامعة بكين، جنبًا إلى جنب مع بعض الباحثين من بلدان أخرى.
نقطة عمياء حرجة في صناعة مزدهرة
من المرجح أن تلعب تكنولوجيا الطاقة الشمسية الكهروضوئية دورًا حاسمًا في الدفع العالمي لإزالة الكربون. في الوقت الحالي، تمثل الأنظمة الكهروضوئية على الأسطح ما يقرب من 50% من إجمالي السعة الكهروضوئية المثبتة على مستوى العالم وتوفر ما يقرب من 50% من إجمالي الطلب على الطاقة الكهروضوئية بحلول عام 2050. عادةً ما يتم تصميم أنظمة الأسطح الكهروضوئية للاستخدام طويل الأمد-، ويستمر عادةً لمدة تتراوح بين 25 إلى 30 عامًا.
على الرغم من أن أنظمة الأسطح توفر مصدرًا موثوقًا وآمنًا للطاقة المتجددة وقد تم تحديدها لتكون "مضادة للقنابل-فعليًا"، إلا أنها قد تصبح عرضة للعوامل ذاتها التي تسعى إلى التخفيف منها - وهي تغير المناخ. من المعروف أن درجات الحرارة المرتفعة ستتسبب في انخفاض الأداء لفترة محدودة من الوقت، إلا أن هناك تهديدًا آخر أكثر خطورة للموثوقية-على المدى الطويل؛ التدهور السريع للمواد من خلال (التعب الحراري-الميكانيكي)، و"التحلل المائي"، و"التحلل عبر الأشعة فوق البنفسجية". تتمتع الأنظمة الكهروضوئية على الأسطح بمخاطر أعلى من المتوسط للتدهور الحراري المتسارع بسبب محدودية المسافات بين التركيبات مما يؤدي إلى انخفاض تدفق الهواء لأغراض التبريد.
تستخدم المعايير الدولية لموثوقية المكونات الكهروضوئية، مثل تلك الصادرة عن اللجنة الكهروضوئية (IEC)، بيانات المناخ السابقة لتحديد -المناطق المعرضة لخطر درجات الحرارة المرتفعة. ويظهر بحثنا أن هذا ليس جيدًا بما فيه الكفاية لأنه لا يأخذ في الاعتبار ارتفاع درجات الحرارة في المستقبل، الأمر الذي قد يعرض تريليونات الدولارات من الأصول العالمية للخطر.
المنهجية الرائدة والنتائج الرئيسية
ولمعالجة هذه الفجوة، قام فريق البحث بتطوير إطار تقييم متعدد التخصصات. لمعرفة مدى جودة عمل الألواح الشمسية على الأسطح في السنوات المقبلة، قام فريقنا بتجميع بعض الأشياء: نماذج مناخية مصححة، ونموذج يوضح كيف تتحلل مواد الألواح الشمسية بمرور الوقت، ونموذج ينظر إلى التكاليف المعنية. يتيح لنا ذلك محاكاة الأداء طويل الأمد-للطاقة الشمسية على الأسطح ومعرفة تكلفة الكهرباء التي تنتجها في ظل ظروف الاحتباس الحراري المختلفة في المستقبل.
توسيع المناطق-المعرضة لدرجات الحرارة المرتفعة:تعرف الدراسة HTR بأنه عندما تتجاوز درجة حرارة تشغيل اللوحة 70 درجة. ووجدت أن البصمة العالمية لـ HTR سوف تتوسع بشكل كبير. وبالمقارنة بالفترة التاريخية، من المتوقع أن يزيد حجم القدرة الكهروضوئية على الأسطح المعرضة لارتفاع درجة الحرارة بنسبة 29% في ظل سيناريو الاحترار بمقدار درجتين وبنسبة مذهلة تبلغ 97% في ظل سيناريو الاحترار بمقدار 4 درجات. تبين أن معايير اللجنة الكهرتقنية الدولية الحالية لا تستحوذ إلا على 74% و48% من مجالات المخاطر الفعلية بموجب هذه العقود الآجلة، مما يشير إلى التقليل الشديد من التقدير.
تسارع التدهور وارتفاع التكاليف:يؤدي التقادم المتسارع إلى تقصير عمر الخدمة المفيد للوحدات الكهروضوئية بشكل مباشر، مما يقلل من إجمالي إنتاج الطاقة بمرور الوقت ويزيد من السعر المسوى للكهرباء. في ظل سيناريو الاحتباس الحراري بمقدار 2.5 درجة، من المتوقع أن يرتفع متوسط السعر المخفض للتكلفة للطاقة الكهروضوئية على الأسطح في المدن المتضررة على مستوى العالم بنسبة 4.8%، مع زيادات في المناطق الأكثر-حساسية للمناخ تصل إلى 20%. وتشير الدراسة إلى أن التأثير الاقتصادي لهذا التدهور الحراري من المرجح أن يتجاوز بكثير تأثير العوامل المناخية الأخرى مثل التغيرات في الإشعاع الشمسي.
تفاقم عدم المساواة العالمية:ويسلط البحث الضوء على "عدم المساواة المناخية" العميقة في توزيع هذه المخاطر. المناطق في جنوب الكرة الأرضية-بما في ذلك جنوب آسيا وإفريقيا وأمريكا الجنوبية-والتي تعتبر حيوية للتوسع الكهروضوئي في المستقبل والأكثر سخونة بشكل طبيعي، ستواجه أعلى مستويات التعرض لـ HTR وأشد الزيادات في التكلفة. وفي المقابل، فإن الدول المتقدمة-التي تقع على خطوط العرض الأعلى ستكون أقل تأثرًا. وهذا يعني أن المناطق النامية، التي غالبا ما تكون أقل مرونة مالية، ستواجه "علاوة مناخية" أعلى لتحولها في مجال الطاقة، مما قد يؤدي إلى اتساع التفاوت العالمي في الحصول على الطاقة النظيفة بأسعار معقولة.
يلخص الجدول أدناه التأثيرات المتوقعة في ظل سيناريوهات الاحترار المختلفة:
| سيناريو الاحتباس الحراري | الزيادة المتوقعة في القدرة الكهروضوئية المعرضة لمخاطر درجات الحرارة المرتفعة (HTR) | متوسط الزيادة المقدرة في التكلفة المستوية للكهرباء (LCOE) | ملاحظة حول الفجوة في المعايير |
|---|---|---|---|
| +2 درجة | +29% (مقابل الفترة التاريخية) | تم تصميم البيانات لسيناريو درجة +2.5. | المعايير الحالية تغطي فقط74%مجالات المخاطر المستقبلية |
| +2.5 درجة | -- | +4.8%(مع زيادات إقليمية تصل إلى 20%) | -- |
| +4 درجة | +97% (مقابل الفترة التاريخية) | -- | المعايير الحالية تغطي فقط48%مجالات المخاطر المستقبلية |
دعوة للعمل: المعايير المحدثة والابتكار المركز
واستجابة لهذه النتائج، أصدر الباحثون دعوة واضحة للعمل لواضعي السياسات، وهيئات وضع المعايير-، والصناعة.
يوصي مؤلفو المقال المنظمات الدولية مثل IEC بإعطاء الأولوية لتحديث معايير اختبار موثوقية المنتج من خلال إنشاء سيناريوهات مناخية مستقبلية بدلاً من الاعتماد على بيانات المناخ السابقة.
بالإضافة إلى ذلك، يدعو المؤلفون إلى تطوير تقنيات جديدة للطاقة المتجددة، بما في ذلك تطوير مواد الجيل التالي- للطاقة الكهروضوئية، أي تطوير مواد جديدة تتمتع باستقرار حراري أفضل، بما في ذلك مواد البيروفسكايت الأكثر تقدمًا، بالإضافة إلى تعديل تصميم التركيب ومستوى التبريد- للنظام لإدارة الضغط الحراري على الأنظمة الكهروضوئية.
وأخيرا، من الثابت أن إطار "الانتقال العادل" يحتاج إلى التنفيذ. ويجب على نظام إدارة المناخ والطاقة العالمي أن يعترف بأوجه عدم المساواة الإقليمية القائمة ويعالجها من خلال توفير دعم أكبر في شكل تعزيز النقل الفني، وتعزيز تمويل المناخ، وبناء قدرات البلدان النامية للمساعدة في إدارة التكاليف والمخاطر الإضافية المرتبطة بتحول الطاقة هذا بالنسبة لها.
خاتمة
تبدو هذه الدراسة التاريخية التي أجرتها جامعة بكين بمثابة إنذار بالغ الأهمية لقطاع الطاقة العالمي. وهو يوضح أن تغير المناخ لا يمثل تحديًا يجب حله عن طريق مصادر الطاقة المتجددة فحسب، بل يمثل أيضًا تهديدًا مباشرًا لقدرتها الاقتصادية وأدائها-على المدى الطويل. إن ضمان التحول القوي والعادل للطاقة النظيفة يتطلب الآن تكييف البنية التحتية للطاقة الشمسية في العالم بشكل استباقي مع العالم الأكثر سخونة الذي تساعد في خلقه.