Floating photovoltaic system

تشهد شبكة الطاقة العالمية تحولاً هائلاً، حيث تنتقل بعيداً عن الوقود الأحفوري نحو ضوء الشمس والرياح. وتعد الألواح الشمسية في قلب هذا التغيير، لكنها تعاني من عيب كبير: وهي أنها تتطلب مساحات شاسعة من الأراضي. وفي البلدان ذات الكثافة السكانية العالية أو المساحات المحدودة، فإن العثور على مساحات مفتحة كافية لمزارع شمسية ضخمة غالباً ما يعني التنافس مع المزارع أو الغابات أو المدن. وهذا يخلق لغزاً صعباً للمهندسين وصناع السياسات الذين يحتاجون إلى توليد طاقة نظيفة دون إزاحة الأنشطة البشرية الأساسية الأخرى.

ويتمثل أحد الحلول الواعدة لنقص الأراضي هذا في نقل الألواح من فوق الأرض إلى فوق الماء. إذ تضع الأنظمة الشمسية العائمة مصفوفات من الألواح على منصات طافية تستقر على سطح البحيرات والخزانات والقنوات. ولا يوفر هذا النهج موقعاً جديداً فحسب؛ بل إن الماء يبرد الألواح بشكل طبيعي، مما يساعدها على توليد الكهرباء بكفاءة أكبر، كما أن الألواح تظلل المياه، مما يقلل من كمية الرطوبة التي تتبخر في الهواء. ومع تسابق الأمم لتحقيق أهداف المناخ، أصبح فهم كيفية أداء هذه الأنظمة العائمة، وتكلفتها، وتأثيرها على البيئة، سؤالاً حاسماً لمستقبل الطاقة.

وفي مراجعة شاملة نُشرت في عام 2026، قام الباحثان جاي تشانديغارا وأشيش بالدانيا من جامعة غوجاراتات التكنولوجية في الهند بتلخيص الحالة الراهنة لهذه التكنولوجيا. وقد فحصا تسعة وعشرين مصدراً مختلفاً، بما في ذلك الدراسات المحكمة والتقارير المؤسسية، لبناء صورة واضحة عن أنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة. وينتقل عملهما إلى ما هو أبعد من مجرد الوصف البسيط ليحلل الأداء الفعلي لهذه الأنظمة، وجدواها الاقتصادية، وتأثيرها البيئي، مع تركيز خاص على كيفية ملاءمتها لاحتياجات الطاقة في بلد مثل الهند، حيث الأراضي شحيحة ولكن المسطحات المائية وفيرة.

ووجد الباحثون أن محطات الطاقة الشمسية العائمة لم تعد مجرد تجارب صغيرة. فما بدأ كتجربة عرض صغيرة في اليابان عام 2007 قد نما ليصبح صناعة عالمية تضم عدة جيجاوات من القدرة المثبتة في الصين واليابان وكوريا الجنوبية والهند. ويتضمن التصميم الأكثر شيوعاً عوامات بلاستيكية نموذجية تحمل ألواحاً شمسية قياسية بزاوية ميل طفيفة. وتُثبّت هذه الهياكل في قاع المسطح المائي للحفاظ على مكانها. وبينما نضجت هذه التكنولوجيا، تسلط المراجعة الضوء على أن أداء هذه الأنظمة يعتمد بشدة على المناخ المحلي والتصميم المحدد للمنصة العائمة.

ومن النتائج الأكثر اتساقاً في الأدبيات العلمية أن الألواح الشمسية التي تطفو على الماء تميل إلى إنتاج كهرباء أكثر من الألواح المتطابقة الموجودة على الأرض. فالماء يعمل كمبرد طبيعي، مما يحافظ على الألواح من السخونة الزائدة كما يحدث لها على اليابسة. وبما أن الألواح الشمسية تصبح أقل كفاءة كلما ارتفعت حرارتها، فإن تأثير التبريد هذا يسمح لها بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بفعالية أكبر. وأشار الباحثون إلى أن مكاسب الطاقة تتراوح عادة بين واحد بالمئة وأكثر من عشرة بالمئة، اعتماداً على الموقع. ومع ذلك، فقد أوضحوا أن التبريد وحده لا يفسر كل هذه المكاسب؛ ففي حساباتهم الخاصة، ساهم تأثير التبريد بنحو واحد بالمئة فقط في زيادة الإنتاج اليومي للطاقة. وهذا يشير إلى أن عوامل أخرى، مثل قلة تراكم الغبار على الألواح أو الاختلافات في كيفية انعكاس ضوء الشمس عن الماء، تلعب أيضاً دوراً مهماً في تعزيز الأداء.

وإلى جانب توليد الكهرباء، تسلط المراجعة الضوء على فائدة رئيسية تتعلق بالحفاظ على المياه. فمن خلال تغطية سطح الخزان، تحجب الألواح الشمسية العائمة ضوء الشمس عن ضرب الماء مباشرة، مما يبطئ عملية التبخر بشكل كبير. وقد أوضح المؤلفون ذلك من خلال عملية حسابية لخزان كبير تبلغ مساحته عشرة كيلومترات مربعة؛ فإذا تمت تغطية عشرين بالمئة من سطحه بالألواح الشمسية، يمكن للنظام توفير حوالي 2.8 مليون متر مكعب من الماء سنوياً. وفي المناطق القاحلة حيث تكون قيمة الماء مساوية لقيمة الكهرباء، يجعل هذا الفائدة المزدوجة من الطاقة الشمسية العائمة خياراً جذاباً لإدارة الموارد.

ورغم هذه المزايا، تواجه التكنولوجيا تحديات متميزة تمنعها من أن تكون حلاً مثالياً. فتكلفة بناء محطة طاقة شمسية عائمة أعلى حالياً من بناء محطة على الأرض، وذلك بسبب المواد الإضافية اللازمة للهياكل العائمة، والمراسي، وأعمال التركيب المتخصصة. وقد قدر الباحثون أن تكلفة إنتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية العائمة تزيد بنحو اثني عشر بالمائة عن الطاقة الشمسية المثبتة على الأرض، حتى بعد احتساب الناتج الطاقي الأعلى قليلاً. وهذا يعني أنه لكي تكون الطاقة الشمسية العائمة مجدية اقتصادياً، يجب أن تعوض الوفورات الناتجة عن عدم الحاجة لشراء الأراضي، أو قيمة المياه التي يتم توفيرها، هذا الفرق في التكلفة.

هناك أيضاً شكوك كبيرة فيما يتعلق بالبيئة. فبينما تقلل الألواح من التبخر، فإنها تحجب أيضاً الضوء والرياح عن المياه الموجودة تحتها. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى تغيير درجة حرارة الماء، وتغيير كيفية اختلاط الأكسجين في الأعماق، والتأثير على نمو الطحالب وسلوك الأسماك والطيور. وتشير المراجعة إلى أن هذه التأثيرات تختلف اختلافاً كبيراً اعتماداً على النوع المحدد للمسطح المائي ومقدار ما يتم تغطيته. ونظراً لأن البيانات طويلة المدى لا تزال نادرة، لا يستطيع العلماء بعد الجزم بما إذا كانت هذه التغييرات ضارة أم مفيدة في كل حالة. ويحث المؤلفون على أن تتضمن المشاريع المستقبلية مراقبة دقيقة لفهم هذه التأثيرات البيئية قبل التوسع في التغطية.

وتظل الموثوقية الهيكلية عقبة أخرى. إذ يجب أن تتحمل مكونات محطة الطاقة الشمسية العائمة الظروف القاسية لمدة خمسة وعشرين عاماً، بما في ذلك الأشعة فوق البنقية، والرطوبة، والأمواج، والحركة المستمرة للمياه. ولا توجد حالياً معايير عالمية لاختبار هذه الهياكل العائمة، ولا تزال الصناعة تتعلم كيفية تصميم مراسي يمكنها التعامل مع التغيرات الموسمية في مستويات المياه دون فشل. بالإضافة إلى ذلك، فإن السلامة الكهربائية لوجود معدات ذات جهد عالٍ على منصة عائمة تفرض تحديات فريدة تختلف عن الأنظمة الأرضية.

وبالنظر إلى المستقبل، يقترح الباحثون أن المسار الأكثر واعداً يتضمن الجمع بين الطاقة الشمسية العائمة ومحطات الطاقة الكهرومائية القائمة. فمن خلال وضع الألواك الشمسية على خزانات السدود الكهرومائية، يمكن للنظامين مشاركة نفس خطوط الطاقة والعمل معاً لموازنة إمدادات الطاقة. فعندما تشرق الشمس، تولد الألواح الشمسية الطاقة؛ وعندما تغيب الشمس أو في الليل، يمكن لتوربينات الهيدرو زيادة قدرتها لسد الفجوة. ويمكن لهذا النهج الهجين أن يعظم الاستفادة من البنية التحتية القائمة ويوفر مصدراً أكثر استقراراً للطاقة المتجددة.

وتخلص المراجعة إلى أن الطاقة الشمسية العائمة هي جزء عملي ومتنامٍ من عملية التحول الطاقي العالمي، لا سيما للدول التي لديها أراضٍ محدودة ولكنها تمتلك الكثير من المياه. فهي توفر وسيلة لزيادة نطاق الطاقة الشمسية دون استهلاك العقارات القيمة. ومع ذلك، لكي تصل هذه التكنولوجيا إلى كامل إمكاناتها، تحتاج الصناعة إلى بيانات أفضل طويلة المدى حول الأداء والآثار البيئية، وقواعد سلامة موحدة، وتصاميم يمكنها التعامل مع المحيط المفتوح. ومع نضوج هذه التكنولوجيا، قد تصبح قطعة رئيسية في حل لغز بناء مستقبل طاقة مستدام، شريطة أن يكون نشرها موجهاً بدراسة دقيقة وفهم عميق للعلاقة المعقدة بين الماء والطاقة.