ستضعف الخلايا الضوئية على الأسطح مستقبلاً التخفيف الكربوني لكنها تقدم فوائد واعدة للمياه والأراضي

الشمس على السطح، لا في الحقول

مع توجه المزيد من المدن إلى الطاقة الشمسية، يطرح سؤال أساسي: أين يجب وضع كل تلك الألواح؟ تبحث هذه الدراسة فيما يحدث عندما تضع الصين المزيد من الألواح على الأسطح القائمة بدلاً من بناء محطات طاقة جديدة على الأراضي المفتوحة، وكيف يؤثر هذا الاختيار على المناخ والمياه والأراضي خلال العقود المقبلة.

إيجاد مساحة للطاقة الشمسية في المدن المزدحمة

بنَى الباحثون صورة مفصلة لمساحة الأسطح في 349 مدينة صينية، مستفيدين من بيانات الأقمار الصناعية والتعلّم الآلي لتقدير مقدار المساحة الصالحة للألواح الشمسية. لم يأخذوا بعين الاعتبار المراكز الحضرية المكتظة فحسب، بل أيضاً الأراضي البلدية الأوسع، أو المناطق المحيطة بها. وجدوا نحو 33,290 كيلومتراً مربعاً من الأسطح القابلة للاستخدام على الصعيد الوطني، وكان معظمها خارج مراكز المدن. في العديد من المدن، تحمل هذه المناطق الخارجية إمكانات سطحية أكبر بكثير من المركز المبني، مما يعني أن الفرصة الحقيقية للطاقة الشمسية تكمن خارج الأفق المألوف.

كيف تقارن الطاقة الشمسية على الأسطح مع الشبكة

لفهم التأثيرات الأوسع، قارن الفريق الطاقة الشمسية على الأسطح بخليط الكهرباء القائم في كل مدينة، الذي لا يزال يعتمد بشدة على الفحم والسدود الكبيرة ومحطات مركزية أخرى. وتتبعوا دورة حياة أنظمة الأسطح بالكامل، من استخراج المواد وتصنيع الألواح إلى التركيب والتنظيف وإعادة التدوير أو التخلص النهائي. في المتوسط، تجنّب كل كيلوواط-ساعة من كهرباء الأسطح انبعاثات غازات دفيئة أكبر بكثير، واستخدم مياهاً أقل، وشغل أراضي أقل مما كان يفعله خليط الطاقة المحلي الذي كان سيحل محله. تنوّعت هذه الفوائد على نطاق واسع بحسب المنطقة: شهدت المقاطعات المعتمدة على الفحم أكبر مكاسب مناخية، ورأت المناطق المائية المكثفة أكبر وفورات مائية، بينما جنت المناطق التي تعتمد أكثر على الكتلة الحيوية أكبر وفورات في استخدام الأراضي.

نظرة إلى منتصف القرن

سألت الدراسة بعد ذلك كيف قد تتغير هذه المقايضات مع تطور المدن وأنظمة الطاقة نحو 2050 تحت سيناريوهات اجتماعية-اقتصادية ومناخية مختلفة. عبر 15 سيناريوً موحَّداً، توقَّع الباحثون نمو مساحة الأسطح الشمسية بنحو 9 إلى 35 في المئة مقارنة بعام 2020، مع أسرع نمو في المدن الساحلية الشرقية ذات القوة الاقتصادية. في سيناريو وسطي، قد تصل أنظمة الأسطح في الصين إلى نحو 8.2 تيراوَاط من السعة بحلول منتصف القرن، ما يعادل تقريباً ضعف الإمكانات الحالية. وحتى بعد احتساب عوامل عدم اليقين مثل تغيُّر الإشعاع الشمسي وكفاءة الألواح وإعادة التدوير المستقبلية، ظلّت معظم المدن قادرة نظرياً على تغطية حصة كبيرة من احتياجاتها الكهربائية.

تحوّل القيمة من الكربون إلى المياه والأراضي

مع ذلك، تتغير الصورة عندما تتطهر بقية الشبكة. مع إضافة الصين لمزيد من مزارع الشمس والرياح الكبيرة وتقليص الفحم والغاز، يتقلّص ميزة الكربون لكل لوح سقفي جديد، لأنه يحل محل كهرباء أنظف مما كان عليه سابقاً. وتجد الدراسة أن الفائدة المناخية لكل وحدة من طاقة الأسطح تنخفض باستمرار من عشرينيات القرن الحادي والعشرين حتى 2050. في الوقت نفسه، تبقى المزايا المتعلقة بالمياه والأراضي ثابتة أو تتزايد، لأن أنظمة الأسطح تواصل توفير سحوبات إضافية من الأنهار وحماية الأراضي من محطات طاقة جديدة واستخراج الوقود. على المستوى الوطني، وفي السيناريو الوسطي، تبلغ وفورات الكربون من الطاقة الشمسية على الأسطح ذروتها نحو 2035–2040، بينما تستمر وفورات المياه والأراضي في الارتفاع طوال الفترة.

لماذا يهم التخطيط على مستوى كل مدينة

تشكل العوامل الاقتصادية أيضاً مكان جدوى الطاقة الشمسية على الأسطح. عند احتساب تكاليف إيجار الأسطح إلى جانب المعدات والصيانة، وجد المؤلفون أن الطاقة الشمسية على الأسطح أصبحت بالفعل بنفس تكلفة أو أقل من سعر التجزئة للكهرباء من الشبكة في جميع المدن الـ349، لكن مدة استرداد الاستثمار الأولي تختلف كثيراً. تعاني بعض المقاطعات الداخلية فترات استرداد طويلة بسبب أسعار الكهرباء المنخفضة أو قلة أشعة الشمس، بينما تجمع أجزاء من الشمال الشرقي والجنوب الغربي بين فوائد بيئية قوية وتكاليف نسبياً منخفضة. وتقترح الدراسة توجيه النشر السريع نحو المدن التي تقدم إمكانات عالية وفوائد قوية، مع استخدام سياسات مستهدفة وأنظمة تخزين وترقيات للشبكة لفتح القيمة في المواقع الأصعب.

ماذا يعني هذا لحياة الناس اليومية

لغير المتخصص، الرسالة الأساسية هي أن وضع الألواح على الأسطح ليس مجرد تقليل للكربون. في الصين، قد تساعد الطاقة الشمسية الواسعة على الأسطح العديد من المدن في تلبية احتياجاتها الكهربائية المحلية مع تخفيف الضغط على الأنهار والأراضي الزراعية. ومع ازدياد نظافة نظام الطاقة الوطني، سيقل دور الأسطح في التخفيف المناخي بينما يزداد دورها في توفير المياه والأراضي. يمكن للتخطيط المدروس القائم على الخصوصية المكانية أن يحوّل هذه الأسطح الهادئة فوق رؤوسنا إلى أصول طويلة الأمد للناس والبيئة على حد سواء.

الاستشهاد: Yuan, Q., Meng, F., Hu, Y. et al. Future rooftop photovoltaics will weaken carbon mitigation but offer promising water and land benefits. Nat Commun 17, 4417 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70923-0

الكلمات المفتاحية: الطاقة الشمسية على الأسطح, الخلية الضوئية, الطاقة الحضرية, استهلاك المياه, استخدام الأراضي