شمس لا تغرب أبداً – خطط Reflect Orbital الكبيرة لإحداث ثورة في الطاقة الشمسية

صعود الطاقة الشمسية

Solar energy is becoming one of the world’s major power sources due to its natural abundance, “fuel-free” nature, and no carbon emission when operating (but some during production if the panels are not made with green energy).

أحد الأسباب الرئيسية لهذا التقدم هو التحسن في تقنيات الفوتوفولطية، مع الارتفاع السريع في كفاءة الألواح الشمسية. وهناك المزيد قادم، حيث تُعد الألواح ذات الوجهين، والبروكسيت، وأفلام الكادميوم تلوريد الرقيقة، أو النقاط الكمومية جميعها مرشحات لتحسين الألواح الشمسية أكثر.

المصدر: Clean Energy Review

هذا ما ناقشناه بمزيد من التفصيل في “The Solar Age – A Bright Future To Mankind”. بالتوازي مع تحسين الكفاءة، انخفضت تكاليف الإنتاج بشكل حاد، مما خلق البيئة المثالية لجعل الطاقة الشمسية تنافس الوقود الأحفوري.

المصدر: News Channel 3

مع ذلك، تعاني الطاقة الشمسية من ضعف رئيسي واحد. لا يمكنها إنتاج الطاقة ليلاً. أو، في هذا الصدد، تنتج القليل جداً في الأيام الغائمة.

هذا يعني أن الطاقة الشمسية لا يمكن أن تعمل كمصدر رئيسي للطاقة للبشرية إلا بالتزامن مع حلول لتخفيف هذه المشكلة.

حاليًا، يُنظر إلى خيارين رئيسيين: حزم بطاريات ضخمة لتخزين الطاقة لوقت المساء والأيام غير المشمسة، وخطوط نقل طاقة طويلة المسافة لنقل الطاقة من المناطق المشمسة عبر المناطق الزمنية.

المشكلة هي أن كلا الخيارين مكلفان ويتطلبان موارد كثيرة.

هذا هو السبب في مناقشة إمكانية أخرى: التقاط الطاقة الشمسية حيث تشرق على مدار 24/7 ولا تتأثر أبداً بالطقس، مباشرةً من مدار الأرض.

الطاقة الشمسية المدارية

ما يجعل مفاهيم الطاقة الشمسية الفضائية اليوم وفي المستقبل القريب قابلة للتنفيذ هو الانخفاض الحاد في تكاليف إطلاق المواد إلى المدار. وقد تم ذلك أساسًا بفضل اختراع الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام من قبل SpaceX (SPCX ) لإيلون ماسك، الذي خفض التكلفة بمقدار 10 أضعاف بالفعل وقد يفعل ذلك مرة أخرى في المستقبل القريب.

المصدر: Ark Invest

الأقمار الصناعية للطاقة

لفترة طويلة، كانت الاستراتيجية الرئيسية المتصورة هي تركيب ألواح فوتوفولطية في مجموعات كبيرة من الأقمار الصناعية وإرسال الطاقة إلى السطح عبر الموجات الدقيقة (التي لا تمتصها السحب).

المصدر: ESA – European Space Agency

المشكلة في تلك الاستراتيجية أنها أكثر تعقيدًا مقارنة بالطاقة الشمسية الأرضية:

• على الأرض: جمع ضوء الشمس -> تحويل التيار المستمر إلى التيار المتناوب -> إرسال الطاقة إلى الشبكة.
• في الفضاء: جمع ضوء الشمس -> تحويله إلى موجات دقيقة -> تحويل الموجات الدقيقة مرة أخرى إلى كهرباء -> تحويل التيار المستمر إلى التيار المتناوب -> إرسال الطاقة إلى الشبكة.

هذه الخطوات المتعددة تتطلب مزيدًا من المعدات وبالتالي وزنًا أكبر لإرساله إلى المدار. كما يعني ذلك أن بعض الطاقة تُفقد في كل خطوة تحويل بين ضوء الشمس، والطاقة، والموجات الدقيقة.

لذلك، رغم أن ضوء الشمس أقوى ولا يتقطع في المدار، قد تجعل الخسائر الإضافية وتكلفة المعدات الطاقة الشمسية المدارية ليست أرخص بكثير من الأرضية، حتى وإن كانت أكثر موثوقية.

بيع ضوء الشمس؟

نهج آخر يُنظر إليه من قبل شركة ناشئة تسمى Reflect Orbital.

الفكرة هي تخطي خطوة جلب الألواح الشمسية ومُرسلات الموجات الدقيقة إلى المدار. وبدلاً من ذلك، وضع مرآة عملاقة تعكس ضوء الشمس إلى الأرض.

المصدر: Reflect Orbital

تم اختبار هذه الطريقة من قبل البرنامج الفضائي الروسي في عام 1990، لذا نعلم أنها تعمل تقنيًا. التمويل القصير في روسيا بعد الاتحاد السوفيتي، مزارع الطاقة الشمسية المكلفة، وتكلفة الإطلاق المدارية آنذاك جعلتها غير قابلة للتطبيق تجاريًا في ذلك الوقت.

هذا المفهوم له عدة مزايا رئيسية مقارنة بتصاميم الطاقة الشمسية المدارية “التقليدية”:

• الأقمار الصناعية للطاقة ستتدهور حتمًا مع مرور الوقت. وعلى عكس الألواح الشمسية على الأرض، لا يوجد حاليًا مسار واقعي لإعادة التدوير، مما يعني أن المعدات المكلفة والمعقدة تُهدر بالكامل في نهاية عمرها المفيد.
• المرايا الفضائية يمكن صُنعها من رقائق معدنية رقيقة وبسيطة، وهي أخف بكثير من الألواح الفوتوفولطية. هذا سيقلل تكاليف الإطلاق بشكل كبير.

طريقة عملها عمليًا هي أن تقوم Reflect Orbital “ببيع ضوء الشمس” لمزارع الطاقة الشمسية الأرضية حتى تستمر في الإنتاج بعد الظلام عندما تكون أسعار الكهرباء في أعلى مستوياتها.

قامت الشركة بالفعل بعمل عرض تجريبي للمفهوم باستخدام بالون هوائي ساخن، جزئيًا كخطوة تسويقية لتوضيح الفكرة أكثر من كونه نموذجًا أوليًا حقيقيًا، والذي سيتطلب قمرًا صناعيًا فعليًا في المدار.

ما مدى جدية الأمر؟

الفريق

المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي للشركة هو بن نوڤاك. كطالب في السنة الأولى من الجامعة، قاد مشاريع SpaceX للتحقق من مكونات دفع Crew Dragon وعمل مرة أخرى في SpaceX لاحقًا.

المدير التقني هو ترستان سيميلهاك، الذي كان أصغر مهندس في Zipline، الشركة الرائدة عالميًا في توصيل الطرود بالطائرات بدون طيار.

ربما يكون الأكثر أهمية لنجاح النموذج المستقبلي هو روبرت سالازار، مهندس تصميم الهليوستات. عمل على تصميم الدرع البصري للستارشيد في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا؛ ثم صمم هليوستات خفيفة الوزن قابلة للنشر لمشروع Transformers for Lunar Extreme Environments.

المصدر: NASA

إجمالًا، يبدو أن الفريق يمتلك مؤهلات تقنية جدية عندما يتعلق الأمر بمشاريع الفضاء والمرايا الفضائية. ليس مجرد فريق تسويقي يحمل فكرة مجنونة.

ويمكننا أن نفترض أن خبرة نوڤاك في SpaceX قد تساعد في تأمين الوصول إلى صواريخ الشركة في المستقبل.

الجدوى التقنية

كما ذكرنا سابقًا، تم اختبار هذه التقنية بالفعل في التسعينيات، لذا نعلم أنها يمكن أن تعمل. يمكنها إعادة استخدام الكثير من الأبحاث التي أُجريت على أشرعة الشمس، والهوائيات القابلة للنفخ، وتقنيات الأوريغامي لزيادة كفاءة إطلاق الألواح الشمسية والرقائق العاكسة.

بشكل عام، صنع أسطح عاكسة فائقة الخفة للفضاء سهل نسبيًا، على الأقل بقدر ما يمكن وصفه بسهولة في مجال معدات الفضاء. من الأرض، ستبدو العاكسات كـ “شمس صغيرة”.

المصدر: University Of Glasgow

في دراسة عام 2022 بعنوان “تعزيز توليد واستخدام الطاقة الشمسية: عاكسات شمسية مدارية كبديل لتخزين الطاقة”، افترض أن العاكسات تتكون من مجموعة من ثلاثين عاكسًا بقطر 1 كيلومتر لكل منها، كل عاكس له عمر 20 سنة ويزن تقريبًا 7860 كغ.

تكلفة الشراء ستكون 375 دولارًا للكيلوغرام، أي 3 ملايين دولار لكل عاكس و90 مليون دولار للمجموعة بأكملها. وهذا يكفي لتوليد إضاءة إضافية بقيمة 100 م.و.ط في توليد الطاقة.

الجدوى الاقتصادية

في نفس الدراسة، استخدم العلماء تكلفة إطلاق قدرها 1400 دولار للكيلوغرام أو تكلفة إطلاق صاروخ Falcon Heavy في 2018. تجدر الإشارة إلى أنه بحلول 2023، انخفضت تكلفة الإطلاق إلى أقل من 1000 دولار، وهذا قبل وصول صاروخ Starship من SpaceX، الذي سيكون أكبر وأرخص نظريًا أيضًا.

في هذا التحليل، حسب الباحثون أنه في الظروف الحالية، لن يتمكن المشروع من تحقيق ربح. بل وحسبوا تكاليف الإطلاق المطلوبة لتصل المرايا المدارية إلى نقطة التعادل في ظروف سوق مختلفة:

شرط السوق 1 يتميز بأسعار كهرباء مستقرة نسبيًا طوال اليوم، واستخدمت الهند كمثال. في هذه الحالة، يجب أن تكون تكلفة الإطلاق للتعادل 257 دولارًا للكيلوغرام.

المصدر: Applied Energy (LC = Launch Cost, PC =  Procurement Cost)

شرط السوق 2 يتميز بتقلبات سعرية شديدة بين فترات اليوم، واستخدمت كاليفورنيا كمثال. في هذه الحالة، يجب أن تكون تكلفة الإطلاق للتعادل “فقط” 558 دولارًا للكيلوغرام.

المصدر: Applied Energy (LC = Launch Cost, PC =  Procurement Cost)

التطبيقات المحتملة

العرض التسويقي الأول

تتحدث الشركة على موقعها عن إمكانية “حجز بقعة ضوء” لمدة 4 دقائق على مسافة 5 كيلومترات، مع توفر محدود يبدأ في الربع الرابع من عام 2025.

سيتم تحقيق ذلك باستخدام أقمار صناعية وزنها 35 رطلاً فقط (16 كغ) كل منها، وستُزود بمرآة مايلار بحجم 33 قدمًا × 33 قدمًا (9.9 × 9.9 متر) تُنشر في المدار.

في معظم الحالات، سيكون ذلك مجرد عرض توضيحي وأداة تسويقية أكثر من كونه هدفًا لتوليد الطاقة، مع وجود حالة قوية لأن هذا التطبيق قد ينتشر بسرعة، مع إمكانية طلب ضوء الشمس ليلاً بنقرة من تطبيق هاتف ذكي.

توليد الطاقة الشمسية

التطبيق الأول والأكثر وضوحًا هو إرسال الضوء إلى مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة، خاصة في أسواق الكهرباء التي تشهد أسعارًا مرتفعة جدًا في أوقات الذروة المسائية. سيتعين على أي شركة طاقة شمسية فضائية اختيار سوقها بعناية مع الأخذ في الاعتبار المنافسة المتزايدة من حزم البطاريات التي تصبح أرخص باستمرار.

اعتبار عملي آخر هو اختيار المدار المناسب، بحيث يكون أكبر عدد ممكن من العملاء في مسار الأقمار الصناعية وهدف الانعكاس المحتمل.

استخدام محتمل آخر هو زيادة شدة الشمس التي تصل إلى مزارع الطاقة الشمسية في خطوط العرض الشمالية. على سبيل المثال، يمكن لمزارع الطاقة الشمسية في كندا أو الدول الإسكندنافية الاستفادة من إضاءة إضافية للوصول إلى أقصى طاقتها، خاصة في الشتاء عندما يكون الطلب على الطاقة مرتفعًا وتكون شدة الشمس في أدنى مستوياتها.

إضاءة المدن الاصطناعية

اعتبار آخر قد يكون توفير إضاءة للمدن الكبيرة.

ومع ذلك، قد لا تكون هذه الفكرة تنافسية مقارنة بأعمدة الإضاءة البسيطة التي تحتوي على خلايا شمسية مدمجة وبطاريات.

الزراعة

نشاط آخر يتطلب الضوء هو الزراعة عبر عملية التمثيل الضوئي للنباتات. قد توفر الإضاءة المدارية ضوءًا إضافيًا لعمليات الزراعة الكبيرة التي تستخدم حاليًا أضواء LED في صوبها.

سيعمل هذا فقط للمزارع الأكبر حجمًا، لكنه قد يكون منطقيًا لبعض المناطق التي تحتوي على صوبات زراعية ضخمة، مثل هولندا أو جنوب إسبانيا.

خيار آخر قد يكون إضاءة المناطق الشمالية في الشتاء، حيث يكون موسم النمو قصيرًا جدًا. قد يكون هذا أيضًا، بشكل عام، خيارًا للمرايا المدارية لبيع الضوء المنعكس في مناطق لا يوجد فيها طلب كافٍ من مزارع الطاقة الشمسية.

قيود المرايا المدارية

بعيدًا عن الاعتبارات التقنية والاقتصادية، تواجه المرايا المدارية أيضًا انتقادات.

إحدى المشكلات التي قد تسببها هي زيادة التلوث الضوئي أكثر مما نواجهه اليوم. خاصة إذا أصبحت حلاً واسع النطاق للتعامل مع ذروة استهلاك الكهرباء حول العالم. على المدى الطويل، قد يجعل ذلك علم الفلك القائم على الأرض غير ممكن تمامًا.

مشكلة محتملة أخرى هي اضطراب الأنظمة البيئية الطبيعية. نعلم بالفعل أن التلوث الضوئي من أضواء المدن يمكن أن يزعج الحيوانات الليلية، وأنماط الهجرة، وتجمعات الحشرات. لذا قد تجعل مرايا Reflect Orbital الفضائية هذا الأمر أسوأ.

الاستثمار في الطاقة الشمسية

إنتاج الطاقة الشمسية ينمو باستمرار بمعدل مزدوج الرقم وسيكون محركًا رئيسيًا لتقليل انبعاثات الكربون في الاقتصاد. لا يزال أمامه طريق طويل، حيث لا يزال الجزء الأكبر من إنتاج الكهرباء العالمي وحتى إجمالي الطاقة يأتي من الوقود الأحفوري.

على مر السنين، أصبح هذا القطاع يفضّل أكبر الشركات، حيث تلعب اقتصاديات الحجم دورًا أساسيًا في تحقيق الربح في بيئة تنافسية للغاية. ومع ظهور تقنيات جديدة قد تعرقل صانعي الألواح السيليكونية التقليدية.

قد تجعل المرايا الشمسية الطاقة الشمسية أكثر جاذبية ليس فقط بحل مشكلة أسعار الذروة في المساء، بل أيضًا بتحسين إنتاجية الحدائق الشمسية الحالية، مما يزيد من ربحيتها بزيادة عدد الساعات التي تنتج فيها.

يمكنك الاستثمار في شركات الطاقة الشمسية عبر العديد من الوسطاء، ويمكنك العثور هنا، على securities.io، على توصياتنا لأفضل الوسطاء في الولايات المتحدة، كندا، أستراليا، المملكة المتحدة، وكذلك العديد من البلدان الأخرى.

إذا لم تكن مهتمًا باختيار شركات شمسية محددة، يمكنك أيضًا النظر في الصناديق المتداولة مثل Global X Solar ETF (RAYS)، Invesco Solar ETF (TAN)، أو Global X China Clean Energy ETF (2809.HK) التي ستوفر تعرضًا أكثر تنوعًا للاستفادة من قطاع الطاقة الشمسية والطاقة النظيفة.

يمكنك أيضًا قراءة مقالتنا حول “أفضل 10 أسهم للطاقة الشمسية للاستثمار فيها”.

الشركات الشمسية والفضائية

1. Rocket Lab

Rocket Lab (RKLB ) هي واحدة من أكثر المتنافسين جدية في سوق الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام. ركزت الشركة في البداية على الصواريخ الصغيرة، مع نظام الإطلاق Electron (حمولة 320 كغ)، والذي يتحول تدريجيًا إلى صاروخ جزئيًا قابل لإعادة الاستخدام. حتى الآن، نشر Electron 177 قمرًا صناعيًا في 44 إطلاقًا.

في المستقبل، تتطلع Rocket Lab إلى إنشاء صاروخ متوسط الحجم قابل لإعادة الاستخدام، وهو Neutron، يشبه Falcon 9 (8000 كغ إلى مدار الأرض المنخفض في وضعية إعادة الاستخدام الكامل، 1500 كغ إلى المريخ أو الزهرة). سيعمل Neutron بمحرك صاروخي يحرق الميثان (مثل Starship)، وهو ما يبدو أنه سيصبح الاتجاه للجيل القادم من الصواريخ.

تتميز الشركة بعملية تصنيع أقمار صناعية مدمجة رأسياً بالكامل، مما يسمح لها بتحسين التكاليف وسرعة التصميم. وقد أدى ذلك إلى عقود متعددة مع NASA والحكومة الأمريكية، بما في ذلك عقد عسكري بقيمة 515 مليون دولار. وعقد مدني بقيمة 143 مليون دولار لـ Globalstar.

تعد Rocket Lab أيضًا صانعًا رئيسيًا لألواح الطاقة الشمسية للأقمار الصناعية بعد استحواذها على SolAero Technologies في 2022، حيث تم تشغيل أكثر من 1000 قمر صناعي بهذه الألواح، وإنتاج 4 ميغاواط من الخلايا الشمسية في المجموع.

المصدر: Rocket Lab

حاليًا، يعتمد نظام الإطلاق الخاص بها على موردين خارجيين، لكن سلسلة من الاستحواذات الاستراتيجية قد تغير ذلك، لتكرار التكامل الرأسي في نظام الإطلاق كما تم تحقيقه في تصميم وتصنيع الأقمار الصناعية.

تبحث الشركة أيضًا في إمكانية إنشاء مجموعة أقمار صناعية LEO للاتصالات لتوليد إيرادات متكررة. وتساهم أيضًا في أبحاث التصنيع في الفضاء مع Varda Space Industries وفحص الحطام المداري.

بينما كان لدى SpaceX موهبة إيلون ماسك التجارية لتطوير تقنيتها من الصفر، استخدمت Rocket Lab مزيجًا من البحث والتطوير والاستحواذات لتكامل التقنية رأسياً. وقد أثبت هذا نجاحًا كبيرًا في تصنيع الأقمار الصناعية، وهي الآن تسعى لتكرار هذه الاستراتيجية في صواريخها القابلة لإعادة الاستخدام.

نظرًا لتدفق النقد الحالي من إنتاج الأقمار الصناعية ونجاحات Electron، تُعد Rocket Lab مرشحًا جيدًا للحاق بـ SpaceX، على الأقل حتى يتم بناء محركات الدفع الكتلية وغيرها من البنى التحتية في بضعة عقود.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko هي واحدة من أكبر مصنعي الألواح الشمسية في العالم، ومقرها أساسًا في الصين. لتجنب التعريفات الجمركية، تقوم الشركة بتنويع قاعدة تصنيعها، مع تصنيع رقاقة السيليكون في فيتنام وتصنيع خلايا الطاقة الشمسية في ماليزيا والولايات المتحدة.

المصدر: Jinko Solar

على أي حال، لا تتعرض الشركة بشكل مفرط للأسواق الغربية، حيث تشكل الصين، وآسيا والمناطق الناشئة الجزء الأكبر من أعمال الشركة.

المصدر: Jinko Solar

قامت Jinko بتسليم 230 غيغاواط من خلايا الطاقة الشمسية في تاريخها، و20 غيغاواط في الربع الأول من عام 2024، مقارنةً بـ 14.5 غيغاواط قبل عام واحد.

هذا يجعل Jinko رقم 1 في صناعة الفوتوفولطية.

أكثر خلية شمسية تقدمًا لدى Jinko، من النوع N، تحقق كفاءة طاقة مرتفعة تصل إلى 25.8٪. كما أنها تقدم ألواحًا ثنائية الوجه.

في عام 2023، سيطر النوع N على معظم مبيعات Jinko، حيث يمثل 80٪ من الشحنات الكلية، مع زيادة القدرة الإنتاجية من منشأة إنتاج تبلغ 56 غيغاواط من المتوقع أن تصل إلى السرعة الكاملة بحلول نهاية 2024 لتشكل 90٪ من التسليمات بنهاية العام.

من المتوقع أن تصل القدرة الإنتاجية الإجمالية إلى 120-130 غيغاواط أو ما يقرب من نصف إجمالي إنتاج الشركة عبر تاريخها بالكامل.

سعيًا لتقليل البصمة الكربونية لمنتجاتها، أطلقت Jinko Solar أيضًا NeoGreen، أول لوحة شمسية من النوع N تُصنع بالكامل باستخدام طاقة متجددة (بدلاً من الفحم، الذي يُستخدم عادةً في الصين).

يعكس النمو الفائق العدوانية في قدرة الإنتاج ثقة الشركة في تقنية النوع N وطموحها للسيطرة على أسواق التصدير في آسيا، وأفريقيا، وأمريكا الجنوبية.

والاحتمال العام لتولي الطاقة الشمسية أنظمة الطاقة العالمية، بما في ذلك ربما المرايا الشمسية، قد يعزز الربحية بشكل أكبر.