الألواح الشمسية على الأسطح ترفع درجات الحرارة.. نتائج صادمة لدراسة عالمية

تدق الألواح الشمسية على الأسطح ناقوس خطر بعد أن تبينت تأثيراتها الحرارية غير المتوقعة في المناطق المجاورة لمواقع تركيبها؛ ما يضع علامات استفهام عديدة أمام جدواها في جهود تحول الطاقة مقارنةً بتداعياتها البيئية.

وتتسبب تلك النوعية من الألواح الشمسية بارتفاع درجات الحرارة بواقع 2.7 درجة مئوية في أثناء النهار؛ ما قد يسهم في حصول تغيرات بيئية، وما لذلك من تداعيات مناخية على المدى الطويل.

وخلال السنوات الماضية لاقت سوق الألواح الشمسية على الأسطح رواجًا عالميًا كبيرًا بفضل ملاءمتها لتوصيل الكهرباء إلى المناطق النائية مثل الجبال، وانخفاض تكلفتها قياسًا بمصادر الكهرباء المتجددة الأخرى، وفق متابعات منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

وتتيح أنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح خيارات عدّة؛ إذ يمكن وضعها في مواقع مختلفة، بما في ذلك أعلى الأماكن المخصصة لانتظار السيارات، وعلى أسطح المباني السكنية والإدارية والتجارية؛ إذ تستغل تلك الأنظمة نظامًا متزنًا يحتوي على محولات وعاكسات شمسية وأسلاك ومعدّات مراقبة.

آثار حرارية

تسلّط دراسة بحثية حديثة الضوء على الآثار الحرارية الناجمة عن استعمال الألواح الشمسية على الأسطح؛ ما يثير تساؤلات بشأن نماذج التخطيط العمراني الحديث.

وتُظهر دراسة مسحية أجراها علماء هنود تأثيرًا غير متوقع تخلّفه الألواح الشمسية على الأسطح، ويتمثل في رفع درجات الحرارة في المناطق الحضرية، وفق ما نشره موقع تكنو ساينس نت (Tech and Science) المتخصص.

وتوضح المقاييس المستعمَلة في ولاية كولكاتا الواقعة في ولاية البنغال الغربي شرق الهند، زيادة في درجات الحرارة بواقع 2.7 درجة مئوية في أثناء النهار (مرتفعةً إلى 5.8 درجة مئوية في أثناء الساعات الأشد سخونة)، وهي الأوضاع التي يفاقمها انخفاض قدرة الألواح الشمسية على الانعكاس “ألبيدو”.

ويُقصَد بـ”الألبيدو” -أو الانعكاس الكلي الطبيعي- مقدار ما يعكسه الجسم من الأشعة الساقطة عليه.

وتجذب ظاهرة التأثير الحراري الناجم عن استعمال الألواح الشمسية على الأسطح اهتمامًا خاصًا في سياق تحول الطاقة؛ إذ من الممكن أن تسدد طعنةً نافذةً للجهود المبذولة لاستبدال مصادر الطاقة المتجددة بالوقود الأحفوري، وتأثيرات ذلك بأهداف المناخ.

واستعملت الدراسة البحثية المنشورة في دورية نيتشر سيتيز (Nature Cities) نهجًا جديدًا استعان بموجبه الباحثون بنموذج هجين متطور يجمع بين نموذج توقعات الطقس المشار إليه اختصارًا بـ”دبليو آر إف” (WRF)، مع نموذج طاقة البناء (BEM) ونموذج هندسة آثار البناء (BEP).

ويساعد هذا فريق الباحثين في دمج عوامل نقل الحرارة التي ظلت مهمَلة في دراسات سابقة، لا سيما انتقال الحرارة بالحمل الحراري، وهي إحدى طرق انتقال الحرارة، وتنتقل خلالها الحرارة من مكان إلى آخر عبر تحريك جزيئات المائع، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

نتائج مذهلة

جاءت نتائج الدراسة مذهلة؛ إذ حُوِّل ما نسبته 20% فقط من الطاقة الشمسية المولّدة بالألواح إلى طاقة كهربائية، بينما تسهم النسبة المتبقية في التسخين؛ ما يسبب زيادةً في درجات الحرارة في المناطق المجاورة.

ومع ذلك لاحظ العلماء انخفاضًا قدره 1.1 درجة مئوية بدرجات الحرارة في أثناء الليل؛ ما يسلّط الضوء على الآثار المتفاوتة الناتجة عن استعمال الألواح الشمسية على الأسطح، وفق ما رصدته منصة الطاقة المتخصصة.

وللتأكد من صحة نتائجهم، أجرى الباحثون -أيضًا- تجارب مماثلة في مدن أخرى، بما في ذلك سيدني الأسترالية، وبروكسل البلجيكية، وأثينا اليونانية.

ورصد الباحثون زيادة في درجات الحرارة بواقع 16.2 درجة مئوية في سيدني خلال النهار، بينما لم تتجاوز الزيادة درجتين مئويتين في بروكسل.

وتؤكد تلك التفاوتات في درجات الحرارة حقيقةً مفادها أن تأثير الألواح الشمسية على الأسطح يتوقف -بوجه عام- على المناخ المحلي.

الجزر الحرارية

خلصت نتائج الدراسة إلى أن استعمال الألواح الشمسية على الأسطح على نطاق واسع في المدن من الممكن أن يفاقم آثار الجزر الحرارية الحضرية (Heat Islands Urban).

ويشير مصطلح الجزر الحرارية الحضرية إلى منطقة حضرية أو مدينة كبرى أكثر دفئًا من المناطق الريفية المحيطة بها بسبب الأنشطة البشرية المتمركزة فيها.

ويتطلب هذا الوضع، الذي تغذّيه الكثافة في المناطق الحضرية ونقص الغطاء النباتي، التفكير بدمج الطاقات المتجددة في الاستراتيجيات الحضرية.

حلول مدمجة

بناءً على نتائج الدراسة، يقترح العلماء حلولًا مدمجةً لتخفيف الآثار غير المرغوبة الناجمة عن استعمال الألواح الشمسية على الأسطح.

وفي هذا الصدد، فإنه من الممكن أن يسهم استعمال المواد العاكسة وأنظمة الألواح الألواح الشمسية الهجينة في خفض درجات الحرارة مع المحافظة على كفاءة طاقة الخلايا.

ومن الضروري إيجاد توازن بين استعمال الطاقات المتجددة والراحة الحرارية للمدن، ومن الممكن -كذلك- أن تقدّم الابتكارات المقبلة -مثل الأسطح الخضراء أو مواد التبريد- حلًا للمشكلات الناتجة عن استعمال الألواح الشمسية على الأسطح.

وتحفّز تلك النتائج على إعادة النظر بدمج الألواح الشمسية في التخطيط العمراني؛ إذ لا ينبغي أن تأتي فوائد الطاقة المتجددة على حساب المناخ الحضري.

سوق الألواح الشمسية على الأسطح

من المتوقع أن تنمو سوق الطاقة الشمسية على الأسطح بمعدل نمو سنوي مركب قدره 29.17% خلال المدة من عام 2024 إلى 2029، ليصل إلى 629.531 مليار دولار أميركي بحلول عام 2029، من 104.943 مليار دولار أميركي في عام 2022، وفق دراسة بحثية نشرتها مؤسسة ريسرش أند ماركيتس (Research and Markets).

ومن الممكن استعمال أنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح خارج الشبكة أو في وضع الاتصال بالشبكة، وتتراوح السعات من 1 واط إلى عدّة غيغاواط، ومن ثم تبرز أنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح مصدر كهرباء مفضلًا بدرجة أكبر من البدائل الأخرى صديقة البيئة.

وتبرز تقنية الألواح الشمسية خارج الشبكة بديلًا جيدًا لتخزين الكهرباء المتجددة لدرء أيّ صدمات طاقة محتملة، وأسعار النفط المتقلبة باستمرار.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..