חיזוי הפוטנציאל העולמי של אנרגיה סולארית באמצעות מודלים של למידת מכונה ולמידה עמוקה

מדוע השמש ומחשבים חכמים חשובים

בעוד העולם מתחמם ומזג אוויר קיצוני נעשה שכיח יותר, חברות מחפשות דרכים נקיות יותר להניע בתים, תחבורה ותעשייה. לוחות סולאריים הם אחת האפשרויות המבטיחות: הם זולים יותר, יעילים יותר וניתנים לפריסה כמעט בכל מקום שבו השמש זורחת. המחקר הזה שואל שאלה פשוטה אך חיונית: כמה רחוק יכולה להגיע האנרגיה הסולארית עד אמצע המאה הזו, ומה משמעות הדבר עבור תערובת האנרגיה העולמית אם נשתמש בכלי נתונים מודרניים כדי להציץ אל העתיד?

להסתכל על העבר כדי לראות את העתיד

החוקרים אספו נתונים עולמיים מפורטים מ-2000 עד 2022, הכוללים כמה חשמל הושקע בעולם, כמה ממנו הגיע מלוחות סולאריים, ואת מרכיבי מזג האוויר הבסיסיים המניעים כוח סולארי: קרינה שמשית, טמפרטורה ומהירות רוח. בתקופה זו, קיבולת הסולארית הגלובלית התפוצצה מ-1.23 גיגה-ואט בלבד ב-2000 לכמעט 1,000 גיגה-ואט ב-2022, וייצור החשמל הסולארי השנתי זינק מכ-1 טרה-ואט-שעה לכמעל 1,300. מספרים אלה משקפים ירידת מחירים של לוחות, שיפורים טכנולוגיים ותמיכה מדינית חזקה במדינות כמו סין, הודו, ארצות הברית ובאירופה. הצוות השתמש בדפוסים היסטוריים אלה כבסיס לחיזוי עד 2050.

שתי דרכים חכמות לחזות כוח שמש

כדי להקרין את העתיד פנו המחברים לשתי משפחות של מודלים ממוחשבים המתמחות בנתונים התלויים בזמן. האחת, שנקראת SARIMAX, שייכת לכלי המסורתי של הסטטיסטיקאים; היא מחפשת דפוסים חוזרים וטרנדים ויכולה גם לקחת בחשבון גורמים חיצוניים כמו טמפרטורה או רוח שמשפיעים על תפוקת השמש. השנייה, רשת קונבולוציה זמנית (temporal convolutional network), היא גישה בלמידה עמוקה שבוחנת פרקי זמן ארוכים בבת אחת ויכולה לחשוף קשרים מורכבים ולא-ליניאריים. שני המודלים הוכשרו ונבדקו על אותו מערך נתונים עולמי, והדיוק שלהם הוערך בעזרת מדדי שגיאה והתאמה סטנדרטיים. במבחנים אלה SARIMAX הציגה ביצועים מעט טובים יותר מהמודל העמוק, והעניקה תחזיות מדויקות יותר בסך הכל.

כמה גדולה הסולארית יכולה להיות

באמצעות כלים אלה חזו החוקרים כי כוח סולארי עולמי ימשיך להאיץ. לפי SARIMAX, קיבולת סולארית מותקנת עלולה לעלות מכ-1,300 גיגה-ואט בשנת 2023 לכמעל 11,600 גיגה-ואט עד 2050. המודל העמוק נותן ערך מקסימלי דומה מאוד, מעט מעל 11,500 גיגה-ואט. גם ייצור החשמל הסולארי מציג אותו קפיצה דרמטית: מתחת ל-2,000 טרה-ואט-שעה בשנת 2023 לכ-15,000–16,000 טרה-ואט-שעה עד 2050 על פני שני המודלים. במילים אחרות, העולם יכול לייצר יותר מעשרה פעמים את כמות החשמל הסולארי של היום עד אמצע המאה אם המגמות הנוכחיות ימשיכו ומדיניות תמיכה תישאר ברובה בעינה.

השינוי בתערובת האנרגיה העולמית

המחקר בוחן גם כיצד המהפכה הסולארית הזו משתלבת בתערובת מקורות הכוח הרחבה—דלקים מאובנים, גרעין וכלל המתחדשים. היסטורית, דלקים מאובנים שלטו, בעוד מתחדשים וגרעין סיפקו חלק קטן יותר. המודלים מצביעים על כך שב-2050, חשמל מתחדש, בראשות השמש, יוכפל ואף יושלם יותר פי שלוש בהשוואה ל-2023, ויגיע לכ-26,000 עד 31,000 טרה-ואט-שעה בשנה. כוח גרעיני נשאר בערכים דומים או יורד במעט, בעוד חשמל מבוסס דלקים מאובנים עדיין גדל, במיוחד בתרחיש SARIMAX, אם כי בקצב איטי יותר מהמתחדשים. משמעות הדבר היא שגם כשהכוח הנקי מתרחב באופן מרשים, תהיה עדיין צורך בפעולה נחרצת כדי לצמצם פחם, נפט וגז אם האנושות שואפת לעמוד ביעדי אקלים נוקשים.

מה משמעות זה לחיי היום-יום

ללא-מומחה, הפרטים הטכניים של כלי החיזוי חשובים פחות מהמסר שלהם: קיים פוטנציאל סולארי רב להפעיל חלק גדול מהפעילות האנושית, ותפקידו עתיד לגדול באופן חזק. המחקר מגלה ששיטות סטטיסטיות מסורתיות, כאשר מכווננות בקפידה ומוזנות בנתונים טובים, יכולות להתחרות או לנצח טכניקות למידה עמוקה אופנתיות יותר בחיזויים ארוכי טווח של אנרגיה. החשוב מכל, שתי הגישות מצביעות לאותה כיוון — עתיד שבו אנרגיה סולארית מהווה חלק מרכזי מאספקת הכוח העולמית. אם ממשלות ילוו את הצמיחה הזו במדיניות שמגבילה שימוש בדלקים מאובנים ותומכת באגירת אנרגיה, רכבים חשמליים ובהסרת פחמן, עתיד נקי ויציב יותר עדיין נמצא בהישג יד.

ציטוט: Raza, M.A., Karim, A., Altayeb, M. et al. Global solar energy potential forecasting through machine learning and deep learning models. Sci Rep 16, 10466 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41357-x

מילות מפתח: אנרגיה סולארית, אנרגיה מתחדשת, מעבר אנרגטי, שינויי אקלים, למידת מכונה