يتبادر تساؤل إلى الأذهان: لماذا لا نرى سيارات تعمل بالطاقة الشمسية على الطرق؟ حتى الآن لا تزال السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية موجودة أساسًا بوصفها مركبات تجريبية لكن ليست للاستخدام التجاري. في هذا المقال سنتطرق لسبب صعوبة تبني هذا النوع من السيارات.
كُشف عن أول سيارة شمسية بعيدة المدى في العالم وتسمى «لايت يير زيرو» في العرض العالمي الأول عبر الإنترنت في 9 يونيو 2022.
السيارات الشمسية موجودة بالفعل، وأفضل مكان لرؤيتها هو سباق التحدي العالمي للطاقة الشمسية، وهو سباق يُقام كل عامين في أستراليا. يتعين على المتنافسين القيادة لمسافة نحو 3000 كيلومتر، من مدينة داروين على الساحل الشمالي لأستراليا إلى مدينة أديليد على ساحلها الجنوبي، باستخدام الطاقة الشمسية فقط.
تبدو العديد من السيارات التي تتنافس في هذا السباق أشبه بسيارات حدائق الألعاب الترفيهية، أو مركبات الخيال العلمي أكثر من تلك السيارات التقليدية الموجودة على الطرق، ويكشف ذلك عن سبب أن السيارات الشمسية ليست خيارًا للتنقل اليومي، حتى الآن على الأقل.
جمع ما يكفي من ضوء الشمس
يسقط كم كبير من ضوء الشمس على الأرض في أثناء النهار، إلا أنه يتشتت عند انتقاله عبر الغلاف الجوي، على هذا فإن الكمية التي تصل إلى أي بقعة على الأرض تكون قليلة إلى حد ما، لذلك يبلغ متوسط تلك الكمية من الطاقة على مدار عام كامل -مع أخذ اختلاف الفصول في الحسبان- نحو 342 واط لكل متر مربع، وهذه طاقة كافية تقريبًا لتشغيل ثلاجة عادية.
تتفاوت أحجام السيارات بصورة كبيرة. السيارة المعتادة في الولايات المتحدة تبلغ مساحة سطحها الأفقي نحو 9 إلى 10 أمتار مربعة، وهذا بإمكانه جمع ما يقرب من 3420 واط، وذلك يكفي لتشغيل ثلاجة وغسالة صحون وفرن ميكروويف.
تعوض حقول الطاقة الشمسية الكبيرة التي تنتج الكهرباء للمدن والبلدات انتشار ضوء الشمس عبر هذه المساحة الكبيرة بوضع ملايين الألواح الشمسية بامتداد آلاف الأفدنة. ويستخدم بعضها -خاصةً في المناطق الصحراوية- حقول من المرايا لتركيز طاقة الشمس. لكن السيارة القياسية لا تحتوي على مساحة سطح كافية لجمع الكثير من الطاقة الشمسية.
تحويل ضوء الشمس إلى طاقة
مشكلة أخرى هي أن الألواح الشمسية الحالية ليست فعالة في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. إذ تبلغ كفاءتها عادةً نحو 20%، ما يعني أنها تحول نحو خمس الطاقة الشمسية التي تصل إليها فقط إلى تيار كهربائي. بمعنى آخر، فإن سقوط 3420 واط من الطاقة الشمسية على سيارة متوسطة الحجم مغطاة بألواح شمسية لن ينتج سوى نحو 684 واط يمكن للسيارة استخدامها. بالمقارنة، تحتاج السيارة الكهربائية إلى نحو 20 ألف واط لتسير بسرعة 100 كيلومتر في الساعة.
تتميز المركبات التي تتنافس في التحدي العالمي للطاقة الشمسية بالحجم الكبير ولها تصميمات تعظم من مساحة سطحها الأفقي، ويساعدها هذا على جمع أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس. لا بأس بذلك بالنسبة لمركبة تجريبية، لكن معظم الطرز لا تحتوي على العديد من النوافذ، أو مساحة لأي شيء باستثناء السائق.
عندما تغيب الشمس
تحدٍ آخر يتمثل في وجود عدة عوامل تؤثر في كمية الطاقة الشمسية التي يمكن توليدها، مثل المواقع الجغرافية، وعدد ساعات النهار، والظروف الجوية.
لا تتلقى جميع المناطق على الأرض قدرٍ متساوٍ من ضوء الشمس في أي وقت، ويرجع ذلك إلى ميل محورها. عندما يميل نصف الكرة الشمالي نحو الشمس، يتعرض النصف الشمالي من الكرة الأرضية بشكل أكبر للشمس بالتزامن مع قدوم فصلي الربيع والصيف، في حين يكون نصف الكرة الجنوبي أشد برودة وأكثر ظلامًا. والعكس بالعكس.
تحصل المناطق القريبة من خط الاستواء على ضوء شمس ثابت على مدار العام، من ثم فإن المناطق القريبة من هذا النطاق -مثل كاليفورنيا والصحراء الكبرى- تتمتع بطاقة شمسية أكثف من الأماكن القريبة من القطبين، مثل ألاسكا.
تواجه السيارات الشمسية أيضًا صعوبة في جمع ما يكفي من ضوء الشمس في الأيام الممطرة أو الغائمة. حتى المرافق الكبيرة التي لديها مزارع شمسية ضخمة يجب أن تخطط للأوقات التي تغيب عنها الشمس. يحتاج السائقون كذلك إلى تشغيل سياراتهم ليلًا. لكي تعمل السيارة الشمسية بعد حلول الظلام، ستحتاج إلى استخدام طاقة إضافية جمعتها خلال النهار وخزنتها في البطارية. تزيد الألواح الشمسية والبطاريات من وزن السيارة، وتحتاج السيارات الأثقل إلى المزيد من الطاقة لتشغيلها.
يعمل الباحثون على تصميم سيارات تعمل بالطاقة الشمسية تكون أكثر ملاءمة للاستخدام اليومي. ولكي يحدث هذا، سيحتاج المصممون إلى زيادة كفاءة الألواح الشمسية في تحويل ضوء الشمس إلى طاقة، وتصميم ألواح شمسية أكثر ملاءمة للسيارات. وسيكون من المهم أيضًا تخفيض سعر أنظمة الطاقة الشمسية للسيارات حتى يتمكن المشترون العاديون من تحمل تكاليفها.
الخيار الأقرب للسيارة الشمسية في الوقت الحالي هو السيارة الكهربائية التي تُشحن في المنزل أو في محطة شحن. اعتمادًا على طريقة توليد الكهرباء، قد تكون مصادر بعض الطاقة التي تغذي هذه السيارات من الألواح الشمسية، أو توربينات الرياح، أو سدود الطاقة الكهرومائية، أو مصادر الطاقة المتجددة الأخرى.
سترتفع هذه الحصة مع سعي الدول للتحول إلى الطاقة النظيفة على مدى العقود المقبلة. إذا كنت تقود سيارة كهربائية، فمن المحتمل أنك تتنقل الآن باستخدام الطاقة الشمسية بالفعل.
اقرأ أيضًا:
تطوير خلية شمسية فائقة الدقة تستطيع تحويل أي سطح إلى مصدر طاقة
لم لا يصنع أحد سيارة تعمل على الطاقة الشمسية ؟
ترجمة: عمرو أحمد
تدقيق: أكرم محيي الدين
