يظهر التاريخ أن التقدم في مجال الطاقة المتجددة غالبًا ما يتبع الأزمات: ففي سبعينيات القرن العشرين، تسببت حظرات النفط في ارتفاع تكلفة النفط إلى أربعة أضعاف، مما حفز الجهود الرامية إلى تقليل الاعتماد الأمريكي على الوقود الأحفوري وإيجاد مصادر بديلة للطاقة، بما في ذلك طاقة شمسية أو طاقة الرياح. دفعت الأزمة المالية العالمية 2008-2009 العديد من الحكومات إلى ربط جزء من برامجها التحفيزية الاقتصادية بالاستثمار في الطاقة النظيفة. وأدت جائحة كوفيد-19 إلى صدمة غير مسبوقة في قطاع الطاقة، وفي عام 2021، وصل الاستثمار في الطاقة المتجددة إلى أعلى مستوياته منذ الركود الكبير.

في أعقاب الأزمات التي شهدتها أوروبا، تُذكّر الاقتصادات الغربية مجددًا بأهمية استقلال الطاقة، وقد بلغ الطلب على مصادر الطاقة المتجددة ذروته. وتُعدّ الطاقة الشمسية وطاقة الرياح من أكثر مصادر الطاقة المتجددة شيوعًا في الولايات المتحدة حاليًا. فهل سيتولى أيٌّ منهما زمام القيادة في عام ٢٠٢٢؟

بفضل التناقص تكلفة الطاقة الشمسيةلم تكن هذه التقنية يومًا أكثر فائدةً لأصحاب المنازل. سهولة استخدامها في المنازل تُمكّن العملاء من تقليل بصمتهم الكربونية وتكاليف الطاقة. لكن البشر يستخدمون طاقة الرياح منذ آلاف السنين، قبل ظهور توربينات الرياح الحديثة بوقت طويل. في الواقع، ساهمت طاقة الرياح في توليد طاقة أكبر بنسبة 5% من الطاقة الشمسية العام الماضي.

مع دخولنا عصر الطاقة المتجددة، هل سيتفوق أيٌّ من مصدري الطاقة؟ وإذا كنت تفكر في التحول إلى مصدر طاقة متجدد، فأيهما أفضل لاحتياجاتك؟ لنستكشف الأمر.

سنبدأ بخلفية بسيطة للتوضيح. يعود أقدم دليل مُسجل على استخدام طاقة الرياح إلى حوالي 6000 إلى 5000 قبل الميلاد، عندما اختُرع الشراع لجذب الرياح ودفع القوارب. على مر السنين، مكّنت التطورات في طاقة الرياح البشر من طحن الحبوب، وضخ المياه، وفي نهاية المطاف، حوالي أواخر القرن التاسع عشر، توليد الكهرباء من الطاقة الحركية.

يمكن القول إن الطاقة الشمسية استُخدمت منذ عام 700 قبل الميلاد، عندما استُخدمت المرايا لتركيز الطاقة الشمسية لإشعال النار. لكن الطاقة الشمسية الخلايا لم تُستخدم الألواح الشمسية لتوليد الطاقة حتى عام ١٨٣٩، عندما لاحظ إدموند بيكريل، وهو فيزيائي شاب يعمل في فرنسا، التأثير الكهروضوئي لأول مرة. استغرق إنتاج لوح شمسي عملي أكثر من قرن بعد اكتشاف بيكريل. وظلت الطاقة الشمسية في مرحلة البحث والتطوير لعقود عديدة.

لننتقل سريعًا إلى عام ١٩٧٣، حيث تسببت صدمات النفط في ارتفاع حاد في أسعار البنزين والنفط، مما أثار القلق بشأن مستقبل الطاقة في الولايات المتحدة. ازداد فضول القادة الأمريكيين بشأن مصادر طاقة محلية بديلة من شأنها تقليل الاعتماد على النفط الأجنبي.

إلى جانب تزايد الضغوط من دعاة حماية البيئة، شهدت سبعينيات القرن الماضي دعمًا فيدراليًا ملموسًا للطاقة المتجددة. ولتشجيع تطويرها، أقرّ الكونجرس قانون ضريبة الطاقة لعام ١٩٧٨ لتوفير إعفاءات ضريبية للمنازل المزودة بألواح شمسية، وتمويل تطوير توربينات الرياح الكبيرة. لم تكن الطاقة الشمسية فعّالة من حيث التكلفة بما يكفي للانطلاق بعد، لكن توربينات الرياح حققت مكاسب متواضعة في الولايات التقدمية.

على مدى العقود القليلة التالية، ارتفعت حصة توليد الكهرباء من طاقة الرياح في الولايات المتحدة من أقل من 1% في عام 1990 إلى حوالي 8.4% في عام 2020. كما ارتفعت حصة الطاقة الشمسية من إجمالي توليد الكهرباء على نطاق المرافق في الولايات المتحدة من 0.1% في عام 1990 إلى حوالي 2.5% في عام 2020.

في عام ٢٠٢٢، سيتم تركيب الألواح الشمسية الحديثة إما على الأسطح أو على الأرض لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة. تتكون الألواح الشمسية من الخلايا الكهروضوئية (أو الخلايا الشمسية) التي تستخدم مادة السيليكون شبه الموصلة لتوليد تيار كهربائي. الكهرباء التي تنتجها الألواح هي تيار مستمر (DC)، ويتم تحويلها بواسطة عاكس إلى تيار متردد، وهو ما نستخدمه لتشغيل منازلنا.

ال أفضل الألواح الشمسية تتراوح سعة الطاقة في هذه الأيام بين 250 إلى 400 واط، و أكثر الألواح الشمسية كفاءة تصل كفاءة الألواح الشمسية إلى حوالي ٢٠٪، أي أن ٢٠٪ من الطاقة التي تصل إليها تُحوّل إلى كهرباء. يتراوح عدد الألواح الشمسية النموذجية بين ١٠ و٣٠ لوحًا (أو أكثر)، ويبلغ متوسط استخدامها حوالي ٢٠ لوحًا لتشغيل منزل أمريكي.

المتوسط تكلفة تركيب الطاقة الشمسية تتراوح تكلفة الطاقة الشمسية بين 20,000 و40,000 دولار أمريكي، وتختلف باختلاف تعقيد التركيب والموقع وحجم المنزل واحتياجاته من الطاقة. يُمثل هذا عائقًا كبيرًا أمام دخول هذا المجال، ويظل أحد أكبر التحديات التي تواجه نمو الطاقة الشمسية. ومع ذلك، بالنسبة لمن يستطيعون تحمل التكلفة الأولية أو الحصول على قرض تمويل للطاقة الشمسية، توفر الطاقة الشمسية عقودًا من توفير الطاقة، ويمكن أن تتجاوز 50,000 دولار أمريكي من الوفورات مدى الحياة في الموقع المناسب.

ستبقى معظم المنازل المزودة بالطاقة الشمسية متصلة بالشبكة، مما يعني أنك لن تفقد اتصالك بشركة الكهرباء المحلية. ومع ذلك، يمكن استخدام الطاقة الشمسية المستقلة عن الشبكة في تطبيقات صغيرة النطاق.

لا تساعد الطاقة الشمسية السكنية أصحاب المنازل على تعويض استهلاكهم للكهرباء فحسب، بل تساعد هذه التركيبات أصحاب المنازل على تقليل اعتمادهم على الوقود الأحفوري والمرافق العامة، مما يؤدي إلى تحقيق عدد من الفوائد الشخصية والمجتمعية.

يمكن استخدام توربينات الرياح أيضًا لتوليد الكهرباء. فبدلًا من استخدام التأثير الكهروضوئي، تدور شفرات توربينات الرياح لتدوير دوار داخلي. يرسل الدوار الطاقة الحركية إلى مولد يحولها إلى تيار متردد، على غرار العاكس في مصفوفة الألواح الشمسية. وكما هو الحال مع الطاقة الشمسية، يمكن ربط طاقة الرياح بالشبكة الكهربائية أو تخزين الطاقة الناتجة في بطارية.

على عكس الألواح الشمسية، في عالم توربينات الرياح، كلما كان أكبر كان أفضل، حيث تزداد سرعة الرياح عمومًا مع زيادة الارتفاعات.

وفقًا لمكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة، ارتفع ارتفاع محور توربينات الرياح الأرضية على نطاق المرافق بنسبة 59% منذ عام 1998، ليصل إلى حوالي 295 قدمًا في عام 2020 (أي ما يعادل تقريبًا ارتفاع تمثال الحرية). ومن المتوقع أن يكون ارتفاع محور التوربينات البحرية في الولايات المتحدة أعلى من ذلك. ونظرًا لضخامة حجم التوربينات، فإن قوانين تقسيم المناطق المحلية عادةً ما تُشكل تحديات لمنشآت الرياح السكنية.

هذا الاعتماد على الحجم يُسهم بشكل كبير في ما يُميز طاقة الرياح عن الطاقة الشمسية. تشغل طاقة الرياح مساحةً أكبر بكثير لتكون أكثر فعالية، ونتيجةً لذلك، تُستخدم معظم توربينات الرياح على نطاق تجاري أو صناعي بدلاً من الاستخدام السكني. ومع ذلك، تُسخّر توربينات الرياح حوالي 50% من الطاقة التي تمر عبرها، مقارنةً بكفاءة الألواح الشمسية السكنية الرائدة التي تبلغ 20%. وعلى عكس الألواح الشمسية، يُمكن لتوربينات الرياح إنتاج الطاقة في أي وقت من اليوم، مما يجعلها فعالة للغاية عند استخدامها بشكل صحيح.

ختامًا، يُعدّ الموقع عاملًا أساسيًا في طاقة الرياح كمصدر للطاقة. تعمل توربينات الرياح بشكل أفضل في المساحات الشاسعة الخالية من الأشجار والمباني أو أي عوائق أخرى. تتصدر ولايات مثل تكساس وأوكلاهوما وأيوا وكانساس وإلينوي الولايات المتحدة في مجال طاقة الرياح، كما استثمرت ولايات ساحلية مثل فرجينيا وماساتشوستس ونيوجيرسي بكثافة في طاقة الرياح البحرية، وهو مجال واعد للنمو.

على الرغم من أن الطريق كان وعراً بسبب سلاسل التوريد المتوترة والتضخم، تكلفة الطاقة المتجددة تقترب تكنولوجيا الطاقة المتجددة من أدنى مستوياتها على الإطلاق، متجاوزةً مصادر الطاقة التقليدية كالفحم والغاز الطبيعي. وتشهد محطات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح نموًا متسارعًا، وقد أدى التقدم التكنولوجي وانخفاض التكاليف إلى زيادة الطلب على مصادر الطاقة النظيفة السكنية.

بشكل عام، تُستخدم محطات طاقة الرياح في أغلب الأحيان على نطاق تجاري أو صناعي، بينما أثبتت الطاقة الشمسية جدواها في السوق السكنية. دعونا نستعرض أهم مزايا وعيوب كلٍّ منهما.

كما ذكرنا، تركيبات الألواح الشمسية تُقدّم فرصًا هائلة كمصدر طاقة على نطاق سكني. وفيما يلي الأسباب الرئيسية لذلك:

في المقابل، تعتبر طاقة الرياح أكثر عملية على نطاق المرافق العامة.

تتفوق طاقة الرياح حاليًا على الطاقة الشمسية من حيث إجمالي حصة الكهرباء المُولَّدة. أما بالنسبة لأصحاب المنازل، فتُعدّ الطاقة الشمسية خيارًا عمليًا أكثر بكثير.

لكن الأمر في النهاية يكمن في الموقع. ففي عالم الطاقة، لا يوجد حل واحد يناسب الجميع. فالذكاء هو قدرة النوع على العيش بانسجام في بيئته، باستخدام مصادر الطاقة الأكثر ملاءمةً لتلك المنطقة. لن نتوقع أبدًا أن تتفوق الطاقة الشمسية على مصدر طاقة كالطاقة الكهرومائية في مناطق مثل شمال غرب المحيط الهادئ، تمامًا كما لن نتوقع انتشار طاقة الرياح في المناطق الحضرية الكثيفة مثل مدينة نيويورك.

مستقبل الطاقة لامركزي، حيث تُولّد الطاقة وتُستهلك محليًا. بالنسبة لأصحاب المنازل الذين يتطلعون إلى إحداث تغييرات ملموسة في حياتهم سعيًا نحو مستقبل أكثر استدامة، تُتيح الطاقة الشمسية فرصة رائعة لإحداث فرق. قد لا تُتيح طاقة الرياح الفرص نفسها للمنازل، لكنها ستكون بلا شك جزءًا كبيرًا من تضافر مصادر الطاقة المتجددة في الجهود المبذولة للوصول إلى مستقبل خالٍ من الكربون.