لماذا لا تكون الطرق المعبدة بألواح الطاقة الشمسية ساطعة جدًا؟ ... - إشارات المرور التي تعمل بالطاقة الشمسية

قبل أربع سنوات، استبدلت حملة واسعة الانتشار طبقة الإسفلت على طرق العالم بألواح الطاقة الشمسية، موجهةً للعالم التزاماً بمكافحة تغير المناخ وإنعاش الاقتصاد.
لقد خضعت هذه الفكرة الجريئة لبعض الاختبارات العملية منذ ذلك الحين.
صدرت النتائج الأولى للدراسة التمهيدية الأخيرة، وكانت مملة بعض الشيء.
تُعاني الألواح الشمسية الموجودة تحت الطرق من العديد من العيوب.
وبما أنها ليست في أفضل زاوية ميل، فإنها تنتج طاقة أقل ويسهل تلوينها، وهو ما يمثل مشكلة لأن الظلال الموجودة على سطح اللوحة فقط هي التي يمكن أن تقلل من توليد الطاقة بنسبة 50%.
قد تكون الألواح مغطاة أيضًا بالأوساخ والغبار، وتحتاج إلى زجاج أكثر سمكًا بكثير من الألواح التقليدية لتحمل وزن حركة المرور، مما سيحد بشكل أكبر من الضوء الذي تمتصه.
وبما أنه من غير الممكن الاستفادة من دورة الهواء، فإن هذه الألواح ستسخن حتماً أكثر من الألواح الشمسية الموجودة على السطح.
عند درجة الحرارة المثلى، يكون الفقد صفرًا لكل درجة مئوية واحدة.
تبلغ كفاءة الطاقة 5%.
لذلك، انخفض أداء الطريق الشمسي بشكل ملحوظ مقارنة بالألواح الشمسية المثبتة على السطح، وهو أمر متوقع.
السؤال هو: ما هي التكلفة الاقتصادية؟
نتائج اختبار الطريق هي واحدة من أوائل الطرق الشمسية التي تم تركيبها في توراو-بيرشين، فرنسا.
تبلغ طاقته القصوى 420 كيلوواط متر مربع، ويغطي مساحة 800 متر مربع، وتكلف عملية تركيبه 5 يورو (4.5 مليون جنيه إسترليني).
وهذا يعني أن تكلفة تركيب الكيلوواط الواحد تبلغ 11905 يورو.
على الرغم من أن الطريق من المفترض أن ينتج 800 كيلوواط ساعة في اليوم (كيلوواط ساعة/يوم)
تُظهر بعض البيانات التي تم إصدارها مؤخرًا أن العائد يقارب 409 كيلوواط ساعة/يوم، أي 150000 كيلوواط ساعة/سنة.
إذا تساءلنا عن مقدار هذا الاستهلاك، فإن العائلات البريطانية تستهلك حوالي 10 كيلوواط ساعة في اليوم في المتوسط.
إن عامل سعة الطريق - الذي يقيس كفاءة التكنولوجيا عن طريق قسمة متوسط ​​إنتاج الطاقة على الحد الأقصى المحتمل لإنتاج الطاقة - هو 4٪ فقط.
وعلى النقيض من ذلك، تحتوي محطة سيستاس للطاقة الشمسية بالقرب من بوردو على صف من الألواح الشمسية المائلة بعناية باتجاه الشمس بقدرة قصوى تبلغ 300000 كيلوواط وعامل قدرة.
تبلغ تكلفتها 360 يورو، أي 1200 يورو لكل عملية تركيب، وهو ما يمثل 1 من 10 من تكلفة طريق الطاقة الشمسية لدينا، وتولد ثلاثة أضعاف الكهرباء الأصلية.
في الولايات المتحدة، طورت شركة تسمى "الطرق الشمسية" طريقًا سريعًا ذكيًا مزودًا بألواح شمسية، بما في ذلك أجهزة استشعار وأضواء LED، لإظهار أي مخاطر وشيكة مثل تحذيرات مرور الغزلان.
كما يحتوي على وسادات تدفئة لإذابة الثلج في الشتاء.
تم تركيب العديد من ألواح SR3 الخاصة بها على جزء صغير من سطح الطريق في ساندبوينت، أيداهو. هذا هو 13.
مساحة 9 أمتار مربعة، قدرة مركبة 1.529 كيلوواط.
تكلفة التركيب 48,734 دولارًا (حوالي 37,482 جنيهًا إسترلينيًا)
وهذا يعني أن تكلفة تركيب كل كيلوواط تبلغ 27500 يورو، أي أكثر من 20 ضعف تكلفة محطة سيستاس للطاقة.
وتشير تقديرات شركة Solar Roadway إلى أن مصابيح LED ستستهلك 106 ميجاوات لكل ميل من المسار، ولأن اللوحة تولد 415 ميجاوات، فإن مصابيح LED تستهلك طاقة أكثر من الطاقة المفيدة.
سيؤدي ذلك إلى مزيد من انخفاض الأداء.
كما تم ذكر لوحة التسخين في الشكل 2.
تبلغ قدرة كل مسار 28 ميغاواط، لذا فإن تشغيلها لمدة ستة أيام فقط سيعوض أي دخل صافٍ من الألواح الشمسية.
هذا قبل أن ننظر إلى بيانات تثبيت Sandpoint التي أنتجت 52.
بمعدل 397 كيلوواط ساعة في 6 أشهر، أي 104.
8 كيلوواط في السنة.
ومن هذا، يمكننا أن نقدر أن عامل السعة يساوي صفرًا فقط.
782، أي أقل كفاءة بعشرين مرة من محطة سيستاس لتوليد الطاقة.
ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن المجموعة موجودة في ساحة المدينة.
إذا كان هناك شيء واحد يمكننا استنتاجه، وهو أنه في البلدة الشمالية الثلجية، فإن جزءًا من الرصيف المحاط بالمباني ليس أفضل مكان للعثور على تركيبات الطاقة الشمسية.
ومع ذلك، قد لا يكون من الجيد إنشاء طريق شمسي أكبر في شوارع المدينة.
لم يعد الطريق واسعاً كما كنا نظن.
قامت وزارة النقل بتصنيف أطوال أنواع الطرق المختلفة في المملكة المتحدة.
بافتراض أننا نستطيع تغطية هذه الطرق بألواح شمسية، فسيكون هناك أربعة مسارات لكل طريق سريع، ومساران للطريقين أ و ب، ونصف المسارات للطريقين ج و يو (
الكثير من الأماكن عبارة عن طريق ذي اتجاه واحد، وهذا غير مناسب.
توصلنا إلى مساحة سطحية تبلغ مليوني متر مربع.
قبل أن تدرك أن المباني في المناطق الحضرية تشغل مساحة 17 مليار متر مربع، كما يبدو. 6 مليارات متر مربع.
لذلك، فإن استخدام الألواح الشمسية لتغطية جزء صغير من أسطح المنازل في المملكة المتحدة سيولد على الفور طاقة أكبر من وضعها على الطريق.
يختلف هذا تماماً عن الفوائد التي ستجلبها المواقع المرتفعة لتوليد الطاقة الأكبر.
كل هذا يشير إلى أنه من المناسب أن يكون هناك جزء صغير فقط من شبكة الطرق.
علاوة على ذلك، ونظراً لصغر حجم شبكة الطرق نسبياً، فإن الطرق التي تعمل بالطاقة الشمسية لا يمكن أن تصبح إلا مصدراً متخصصاً للطاقة ولن تكون أبداً طريقاً مختصراً لإمداداتنا من الطاقة في المستقبل.
ديلان رايان محاضر في الهندسة الميكانيكية وهندسة الطاقة في جامعة نابير في إدنبرة.
نُشرت هذه المقالة لأول مرة في موقع The Conversation (Dialogue.com).