وفي عام 1964، قام عالم الفلك الروسي نيكولاي كارداشيف بتطوير مقياس يعرف باسمه، لوصف مستوى تطور الحضارات على أساس كمية الطاقة التي تستخدمها. يتكون المقياس من 3 أنواع رئيسية:
الأول: حضارة تستخدم كافة مصادر الطاقة المتوفرة على كوكبها (خاصة الطاقة الشمسية التي تسقط على الأرض بالنسبة لكوكبنا).
الثاني: حضارة قادرة على استغلال طاقة النجم الذي تدور حوله (الشمس في حالة الأرض) بشكل كامل، من خلال بناء غلاف كروي، أو شبكة من الصفائح التي تدور حول النجم، لتجميع الطاقة بشكل فعال دون إهدار أي شيء. باقة.
الثالث: حضارة تستخدم طاقة المجرة بأكملها (درب التبانة في حالة الأرض).
ووفقا لتقديرات العلماء، تصنف الحضارة الإنسانية الحالية بين النوع 0 والنوع 1 على مقياس كارداشيف.
استلهم إيلون ماسك رؤية كارداشيف للحضارات، والتي كتب عنها مؤخرًا
كمية الإشعاع الشمسي الذي يسقط على الأرض
ويقدر معهد SBC للطاقة أن التقاط وتخزين ضوء الشمس الذي يصل إلى الأرض في غضون عام يمكن أن يلبي احتياجات الإنسان من الطاقة لمدة 6000 عام بمعدلات الاستهلاك الحالية.
بمعنى آخر، الطاقة القادمة من الشمس خلال يوم واحد تكفي الأرض لمدة 16.4 سنة (6 آلاف مقسومة على 365)، وبالتالي 82 سنة في 5 أيام. وهذا يعادل تقريبا جميع موارد الأرض والاحتياطيات المؤكدة من الطاقة الأحفورية، والتي تشير التقديرات إلى أنها تكفي لمدة 80 إلى 85 سنة أخرى تقريبا.
فلماذا لا يستخدم الناس ضوء الشمس لتلبية جميع احتياجاتهم من الطاقة؟
ولادة الخلية الكهروضوئية
في عام 1839، لاحظ الفيزيائي الفرنسي ألكسندر إدموند بيكريل أن بعض المواد تنتج تيارًا كهربائيًا عند تعرضها للضوء. وكانت هذه نقطة البداية لأبحاث الطاقة الشمسية، لكن العلم تأخر حوالي 115 عامًا قبل أن يتمكن من إنتاج خلية كهروضوئية عملية يمكنها تشغيل الأجهزة الكهربائية.
أعلنت صحيفة نيويورك تايمز في عددها الصادر في 25 أبريل 1954 أن مختبرات بيل نجحت في تطوير خلية شمسية من السيليكون يمكنها تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بكفاءة تبلغ حوالي 6%.
واليوم، وبعد أكثر من 70 عاماً، لا تتجاوز حصة الطاقة الشمسية 2.5% من إجمالي الطاقة المستخدمة في العالم. أما كفاءة الخلايا الشمسية في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، فقد وصلت إلى 27.1% عام 2024، من خلال الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري التقليدي (c-Si)، وأعلنت شركة “لونغي” الصينية كفاءة 30.1% إلى يمكن تحقيق ذلك من خلال الخلايا الشمسية Tandem المصنوعة من السيليكون والبيروفسكايت، والتي تم تطويرها باستخدام رقائق تجارية بحجم 6 ملم (رقائق سيليكون مربعة بأبعاد 166 مم × 166 مم تقريبًا). وذكرت الشركة أن هذه الخلايا أصبحت متاحة تجاريا على نطاق واسع، وأن كفاءتها ارتفعت إلى ما يقرب من 40% تحت أشعة الشمس المركزة.
أظهرت الأبحاث المعملية على الخلايا الكهروضوئية متعددة الوصلات كفاءة عالية جدًا، تصل إلى 47.6% تحت ضوء الشمس المركز.
تستمر التطورات في الخلايا الشمسية بوتيرة سريعة، والتقنيات المستقبلية مثل الخلايا الترادفية وخلايا البيروفسكايت تبشر بالخير في تحسين كفاءة الطاقة وخفض التكاليف. ويرافق ذلك أيضًا تطور كبير في التقنيات الداعمة، مثل بطاريات الليثيوم والكبريت التي تتيح تخزينًا أفضل للطاقة الشمسية، مما يسمح باستخدامها حتى في غياب الشمس.
تهيمن الصين على صناعة الطاقة الشمسية
وتهيمن الصين على جميع حلقات سلسلة توريد الطاقة الشمسية العالمية، من البولي سيليكون إلى المنتج النهائي. وستصل الطاقة الإنتاجية لوحدات الطاقة الشمسية في الصين إلى أكثر من 610 جيجاوات عام 2023، أي نحو 43% من إجمالي الإنتاج العالمي، وبفارق كبير عن الطاقة الإنتاجية التي سجلتها الولايات المتحدة الأمريكية في نفس العام. بلغت 129 جيجاوات.
وفي الماضي، ركزت الصين على ثلاث صناعات: الملابس والأثاث والأجهزة المنزلية. واليوم استبدلت ذلك بثلاثي جديد: الألواح الشمسية، والسيارات الكهربائية، وبطاريات الليثيوم.
تتمتع الصين بميزة التكلفة أقل بكثير من الدول المتقدمة. ووفقا لتقرير صدر في يناير/كانون الثاني 2024 عن وحدة أبحاث تابعة للمفوضية الأوروبية، تراوحت تكلفة إنتاج الألواح الشمسية في الصين بين 16 و18.9 سنتا لكل واط من الطاقة المولدة. القدرة، مقارنة مع 24.3 إلى 30 سنتًا للشركات الأوروبية، وحوالي 28 سنتًا للشركات الأمريكية.
إن السعي إلى زيادة استغلال الطاقة الشمسية لا يرتبط فقط بحجمها الهائل، بل أيضا بكونها نظيفة، على عكس الطاقة الأحفورية (النفط والغاز والفحم) التي تمثل اليوم 82% من الاستهلاك العالمي، مقارنة إلى 18% لجميع أنواع الطاقة المتجددة بما فيها الطاقة النووية.
وتبلغ حصة الطاقة الشمسية 2.5% فقط من إجمالي الطاقة المستهلكة في العالم، بينما تبلغ حصة الطاقة الكهرومائية 6.5%، والطاقة النووية 4%، وطاقة الرياح 3.5%، وأشكال الطاقة المتجددة الأخرى 1.5%.
وتتمثل حصص الطاقة الأحفورية في: النفط 32%، والفحم 26.5%، والغاز 23.5%. الأرقام السابقة هي من نهاية عام 2023 ونشرها موقع “عالمنا في البيانات”، وقمنا فقط بتدويرها.
الذكاء الاصطناعي والطاقة الشمسية
يساهم الذكاء الاصطناعي بشكل كبير في تسريع تطوير تقنيات استخدام الطاقة الشمسية، وذلك من خلال تحليل البيانات المتعلقة بمواد الألواح الشمسية (تركيبها الفيزيائي وتفاعلاتها الكيميائية)، مما يساعد العلماء على تطوير خلايا شمسية جديدة بأعلى كفاءة، ويساعد أيضًا من خلال الاعتماد الذاتي على الطاقة الشمسية. التعلم واكتشاف مواد جديدة وتحسين المواد الموجودة المستخدمة لتصنيع خلايا شمسية أكثر فعالية.
كما يساعد الذكاء الاصطناعي على التنبؤ بمستويات الإشعاع الشمسي بناءً على تحليل بيانات الطقس، مما يسمح بإدارة أكثر فعالية لأنظمة الطاقة الشمسية، ويقلل الخسائر الناجمة عن التغيرات الجوية ويساهم في الكشف المبكر عن الأعطال المحتملة في أنظمة الطاقة الشمسية من خلال تحليل البيانات المتولدة. بواسطة الأجهزة. يقوم المستشعر والأنظمة ذات الصلة أيضًا بضبط زاوية ميل الألواح الشمسية واتجاهها تلقائيًا بحيث تتبع الشمس طوال اليوم، مما يزيد من كمية الطاقة المجمعة.
ويعمل الذكاء الاصطناعي على تحسين عملية توزيع الطاقة المولدة بواسطة الألواح الشمسية على شبكة الكهرباء، من خلال التنبؤ بالاستهلاك وضبط العرض وفقًا لذلك، ويساعد في تنظيم أنشطة التخزين والتوزيع لتقليل الخسائر وتحقيق أقصى استفادة منها لضمان الطاقة المولدة.
بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الذكاء الاصطناعي في طائرات بدون طيار مزودة بكاميرات وأجهزة استشعار لمسح الألواح الشمسية وتحديد الشقوق والأوساخ من خلال تحليل الصور، مما يقلل وقت التفتيش البشري ويحسن جودة الصيانة.
الجانب السلبي للذكاء الاصطناعي
الذكاء الاصطناعي التوليدي يستهلك كمية كبيرة من الطاقة. وجد شاولي رين، الباحث في جامعة كاليفورنيا، أن رسالة بريد إلكتروني مكونة من 100 كلمة مكتوبة بواسطة دردشة GPT تستخدم زجاجة مياه كاملة، وطاقة كافية لإضاءة 14 مصباح LED لمدة ساعة. .
ومع زيادة عدد مستخدمي دردشة GPT إلى أكثر من 200 مليون، واستمرار نموها السريع، وتزايد الطلب على التقنيات المماثلة أيضًا، تتزايد الطاقة اللازمة لتلبية احتياجات المستخدمين، مما يتسبب في زيادة انبعاثات الغازات الملوثة. إلى الغلاف الجوي بسبب استخدام الطاقة الأحفورية، وهذا ما دفع شركة جوجل إلى الإعلان عن نيتها استخدام الطاقة النووية لتشغيل مراكز البيانات الخاصة بها، ولمواجهة الاستهلاك المتزايد للطاقة بسبب انتشار الذكاء الاصطناعي والذكاء الاصطناعي. زيادة في القدرات الحاسوبية.
ويرى بعض المفكرين أن تطوير الطاقة الشمسية أكثر أهمية من تطوير الذكاء الاصطناعي لأنها تقلل من التلوث البيئي وتنقذ العالم من العديد من الكوارث بنفس الاهتمام العالمي الذي يحظى به الذكاء الاصطناعي.
