هل الألواح الشمسية على السطح هي حل أزمة الطاقة المتنامية في أمريكا؟

لسنوات ، سيفقد منزل دان هاريسون في التلال الغربية في لوس أنجلوس السلطة عندما كان الجو حارًا ، عندما هطل الأمطار أو عندما كان الجو باردًا جدًا – في بعض الأحيان يمتد الانقطاعات لفترة أطول من 10 ساعات.

لذلك ، أخذ الأمور في يديه.

على مدار السنوات الست الماضية ، اشترى الألواح والبطاريات الشمسية على السطح. الآن ، غالبًا ما يساعد منزله في إبقاء الأضواء عبر حيه ، بالقرب من جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس.

إن الشبكات الكهربائية الأمريكية تحت الضغط بشكل متزايد وتنفق شركات المرافق عشرات المليارات من الدولارات على الترقيات – النفقات التي تدفع الفواتير الكهربائية. في الوقت نفسه ، تزيد مراكز البيانات المتعطشة للطاقة والسيارات الكهربائية ومضخات الحرارة من الطلب على الكهرباء.

لكن إضافة مصادر جديدة للسلطة ليست سهلة. التوربينات لنباتات الغاز الطبيعي نادرة. غالبًا ما يتم تعزيز المشاريع الكبيرة للرياح والطاقة الشمسية وخطوط النقل لتوصيلها بالمدن عن طريق المعارضة المحلية. المفاعلات النووية الجديدة على بعد سنوات.

أحد الحلول هو تثبيت المزيد من الألواح والبطاريات الشمسية على السطح. كل نظام صغير من هذا القبيل ، ولكن يمكن أن تتصرف مجموعات منها مثل محطات توليد الطاقة الصغيرة من خلال توفير الكهرباء للشبكة عندما يزداد الطلب ، على سبيل المثال ، بعد الظهر في الصيف.

وقالت ماري باول ، المديرة التنفيذية السابقة للمرافق ، وهي الآن الرئيس التنفيذي لشركة Sunrun ، أكبر شركة للطاقة الشمسية والبطارية المنزلية في البلاد: “هذه طريقة يقودها العملاء لتحسين الأرواح”.

ولكن ليس الجميع يشتري هذه الفكرة. انتقد الرئيس ترامب الطاقة الشمسية والرياح على أنها غير موثوقة أثناء الدفاع عن الوقود الأحفوري. ينهي الكونغرس المزايا الضريبية للطاقة الشمسية ، وتقوم الإدارة بإلغاء برنامج بقيمة 7 مليارات دولار ساعد الأسر ذات الدخل المنخفض على تثبيت لوحات على السطح.

ليس فقط الجمهوريون الذين استهدفوا أنظمة الطاقة هذه.

حتى في كاليفورنيا ، يحظى المنظمون بتقييد نمو الطاقة الشمسية على السطح لصالح مشاريع الطاقة الكبيرة.

يسارع المستهلكون الآن إلى تثبيت الأنظمة قبل أن يزول الائتمان الضريبي الفيدرالي العام المقبل.

لفهم بشكل أفضل للطاقة الشمسية والبطاريات على السطح ، درست صحيفة نيويورك تايمز بيانات اليومية لمدة عام من نظام السيد هاريسون.

سنويًا ، يرسل طاقة إلى الشبكة الكهربائية أكثر مما يأخذ منه. من يوليو 2024 إلى يونيو 2025 ، أنتج نظامه حوالي 13700 كيلو واط ساعة من الطاقة الشمسية وأرسل أكثر من ثلثي ذلك إلى الشبكة الكهربائية. ووجه أقل من 4000 كيلو واط ساعة من الشبكة خلال تلك الفترة نفسها.

يكسب السيد هاريسون أرصدة للكهرباء التي يرسلها إلى الشبكة التي تعوض الطاقة التي يستخدمها من النظام. هذا يعني أنه لا يدفع شيئًا إلى شركة المرافق من أجل الطاقة. ولكن نظرًا لأن الاعتمادات لا يمكن أن تعوض إلا استخدام الطاقة ، فلا يتم دفعه مقابل إرسال المزيد إلى الشبكة أكثر من أخذها.

أخيرًا ، إنه يوفر حوالي 3600 دولار في السنة – المبلغ الذي اعتاد أن يدفعه في فواتير المرافق قبل تثبيت نظامه.

ما يقرب من ثلاثة عشر لوحات بطانية السيد هاريسون سقف والبدء في إنتاج الكهرباء بعد الفجر. في الساعات الأولى ، كل هذه الطاقة ، بالإضافة إلى بعضها من وزارة المياه والطاقة في لوس أنجلوس ، تغذي أجهزته وأضواءه.

عندما تصبح الشمس أكثر إشراقًا ، تبدأ اللوحات في توليد قوة أكثر مما يمكن للسيد هاريسون ، 55 عامًا ، وهو مسؤول تنفيذي للتلفزيون الترفيهي ، ويمكن لزوجته وبناته استخدامه. يذهب البعض تلقائيا إلى ثلاث بطاريات.

تتدفق الكهرباء من لوحاته أيضًا على خطوط توليد الطاقة في الأداة المساعدة.

مثل الماء الذي يركض على التل ، تتحرك الطاقة على طول مسار أقل مقاومة ، مما يعني أنها تذهب إلى جيرانه.

بضع عشرات الألواح على العديد من الأسطح يمكن أن توفر الكثير من الطاقة.

واختتم المختبر الوطني للطاقة المتجددة في تقرير عام 2016 أن أنظمة السطح يمكن أن توفر نظريًا ما يقرب من نصف الكهرباء التي يستخدمها السكان في العديد من الولايات على مدار عام و 74 في المائة في كاليفورنيا المشمسة.

يمكن تثبيت أنظمة السطح بسرعة نسبيًا ، وهي تولد طاقة لا تنتقل بعيدًا.

الجانب السلبي هو أن تثبيت لوحات على السطح يكلف أكثر من كيلووات من الطاقة من وضع اللوحات في الأراضي المفتوحة.

وقال سيفيرين بورنشتاين ، مدير هيئة التدريس في معهد كلية هاس للأعمال بجامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، إن ما إذا كانت الطاقة الشمسية على السطح جيدة لأنظمة الطاقة الأمريكية تعتمد على كيفية تحليل هذه المفاضلات.

قال السيد بورنشتاين: “السؤال هو كيف نفي بالطلب المتزايد” للكهرباء. “ما المبلغ الذي سيتطلبه النمو وكم سيخلق ضغطًا على الشبكة. ما مدى سرعة بناء الطاقة الشمسية على نطاق الشبكة ، والتي لا تكون مفتوحة للمناقشة ، أرخص؟”

لاحظت السيدة باول أن أكثر من 130،000 نظام مسجل في برنامج محطة توزيع الطاقة الموزعة في Sunrun لديهم قدرة كافية للحفاظ على تدفق الكهرباء إلى 480،000 منزل. في 24 يونيو ، عندما كان الطلب على الكهرباء مرتفعًا ، نشرت الشركة حوالي نصف هذه القدرة لمساعدة الشبكات في كاليفورنيا ونيويورك وماساتشوستس ورود آيلاند وبورتوريكو.

وافق كالفن بتلر ، الرئيس التنفيذي لشركة شركة Exelon ، وهو أيضًا رئيس معهد Edison Electric Institute ، وهو جمعية للصناعة ، على أن الطاقة الشمسية على السطح يمكن أن تساعد الشبكات. لكنه قال إن الصناعة بحاجة إلى معرفة كيفية طرح مثل هذه الأنظمة بكفاءة.

قال السيد بتلر: “لم أقابل أبدًا فكرة أنني لم أرغب في الغوص في مكانها ، وإذا كان الأمر سيؤدي إلى تسهيل عملائنا عاجلاً وليس آجلاً ولن تتعرض الأمن ومرونة الشبكة للخطر”. “يصبح جزء من ذلك محطة توزيع الطاقة الموزعة أو محطة توليد الكهرباء الافتراضية ، فقط تحجيم ذلك.”

في فترة ما بعد الظهر ، فإن لوحات السيد هاريسون مثمرة للغاية. لكن المنزل فارغ في الغالب ولا يستخدم الكثير من القوة.

نتيجة لذلك ، فإن معظم هذه الكهرباء تدخل البطاريات أو إلى الجيران.

العديد من الخبراء يعتبرون هذا الفائض مشكلة. عندما تنتج الكثير من أنظمة الطاقة الشمسية على السطح الكثير من الكهرباء ، يتعين على بعض المرافق أن تطلب المزارع الشمسية الكبيرة ومحطات الغاز الطبيعي لتوسيع نطاقها لتقليل خطر التحميل الزائد للشبكة.

وقال السيد بورنشتاين ، أستاذ بيركلي ، “إن وضع الطاقة الشمسية بدون بطارية ، لا يفعل شيئًا تقريبًا للمساعدة”.

منذ حوالي ثلاث سنوات ، قللت كاليفورنيا دعمًا كبيرًا للألواح الشمسية على السطح مع تقديم المزيد من الحوافز للبطاريات.

لكن البطاريات نادراً ما تكون كافية بما يكفي لتلبية احتياجات الأسرة النموذجية تمامًا لأن معظمهم يمكنهم توفير أربع ساعات فقط من استخدام الكهرباء في المنزل.

عندما تكون أنظمة الطاقة السكنية الساخنة جدًا أو الباردة جدًا ، لا تغطي عادة فترة كاملة على مدار 24 ساعة. في كاليفورنيا ، يمكن لبعض العقارات أن تعمل خارج الشبكة ، لكنها تتطلب أنظمة كبيرة ومكلفة.

من المتوقع أن توفر الطاقة الشمسية حوالي 7 في المائة من الكهرباء الأمريكية هذا العام و 8 في المائة العام المقبل ، بزيادة عن أقل من 1 في المائة قبل 10 سنوات. أنتجت أنظمة السطح جزءًا من ذلك ، وفقًا لإدارة معلومات الطاقة الأمريكية. في كاليفورنيا ، توفر الطاقة الشمسية على نطاق المنفعة حوالي خمس من الكهرباء في الولاية ، وتضيف أنظمة السطح بنسبة 10 في المائة أخرى ، وفقًا لجمعية كاليفورنيا للطاقة الشمسية والتخزين.

يزعم المنظمون والمرافقون الحكومية أنه بدون ضمانات ، يمكن أن تزيد المنشآت على السطح من تكاليف الطاقة. يقولون إنه إذا انضم الكثير من الناس إلى السيد هاريسون في صفر فاتورة المرافق الخاصة بهم ، فإن الكثير من تكلفة الحفاظ على الشبكة سوف تقع على المستأجرين وغيرهم الذين لا يستطيعون تحمل تكاليف الألواح الشمسية.

في عام 2023 ، قللت لجنة المرافق العامة في كاليفورنيا بشكل حاد من قيمة الاعتمادات الخاصة بأنظمة الطاقة الشمسية الجديدة.

وقالت اللجنة في بيان “يتم تثبيت أنظمة الطاقة الشمسية على أكثر من 1.8 مليون منزل وشركات في كاليفورنيا ، مما يتجاوز هدف الولاية لتثبيت مليون سقوف شمسية”. “لكن هذا الدعم جاء بتكلفة على دافعي الأسعار في كاليفورنيا.”

مع بدء المساء ، يستمد منزل السيد هاريسون الطاقة من بطارياته والشبكة. هذا يمكن أن يجلب التحديات الخاصة به.

يجب على البنوك الكبيرة من البطاريات ومحطات توليد الطاقة في الغاز الطبيعي أن تتصاعد في وقت متأخر من بعد الظهر حيث يبدأ الناس في استخدام الأجهزة والأضواء والأجهزة الأخرى.

في قضية السيد هاريسون ، لم تكن الشبكة موثوقة دائمًا.

لسنوات ، أصبحت خطوط الطاقة والأعمدة والمحولات على دائرة الشيخوخة ، والمعروفة بالرقم 135-22 ، والتي تخدم حيه ، بشكل متزايد.

يقول خبراء الطاقة إن هناك مشاكل مماثلة في جميع أنحاء البلاد لأن المرافق التي تنفق القليل على الصيانة على مدار عقود.

أقرت وزارة المياه والطاقة بالمدينة أن نظامها ، بما في ذلك الدائرة 135-22 ، يحتاج إلى ترقيات. في عامي 2023 و 2024 ، أنفقت الوكالة 1.4 مليار دولار في تحسين الأعمدة والأسلاك والمحولات. عادة ما توفر كل دائرة الطاقة لحوالي ألف مساكن. الأداة المساعدة لديها 1.6 مليون عميل في المجموع.

وقالت ميا روز وونغ ، المتحدثة باسم المرافق: “على مدى السنوات الخمس الماضية ، قامت LADWP بترقيات كبيرة لتقليل انقطاع التيار الكهربائي وإعداد شبكتها لاعتماد الطاقة الشمسية وتخزين البطاريات والكهرباء”. “تجربة السيد هاريسون ، على الرغم من أنها مؤلمة ، تسلط الضوء على فوائد استثمارات البنية التحتية في LADWP.”

ولكن في أوائل عام 2020 ، قبل ترقية دائرته ، قام السيد هاريسون بتركيب الألواح الشمسية ، وينضم إلى العديد من الآخرين ؛ حوالي 85000 منازل لوس أنجلوس لديها الطاقة الشمسية على السطح ، وفقا للفائدة. أنفق السيد هاريسون حوالي 26000 دولار على لوحاته قبل الأخذ في الاعتبار الاعتمادات الضريبية الفيدرالية.

لكنه لا يزال فقد الطاقة ، لأن جميع أنظمة الطاقة الشمسية تقريبًا مصممة للتوقف عن العمل عندما تنخفض الشبكة الكهربائية إلا إذا كانت مرتبطة بالبطارية.

في عام 2020 ، خلال عطلة نهاية الأسبوع في يوم العمال ، لم يكن لدى Harrisons الكهرباء لمدة 26 ساعة. بعد أسبوع ، كان لديه بطارية واحدة مثبتة ثم اثنين آخرين. تكلف البطاريات حوالي 14000 دولار قبل الاعتمادات الضريبية.

بالإضافة إلى استخدام البطاريات لسلطة النسخ الاحتياطي ، غالبًا ما يشكل السيد هاريسون ما يصل إلى 50 في المائة من قدرة أسرته المتاحة للشبكة.

حتى في المساء ، كما تتلاشى الطاقة الشمسية ، يستمر نظام السيد هاريسون في التقيد. في يوم آخر في يونيو ، أرسلت الطاقة إلى الشبكة حتى بعد الساعة 7 مساءً ، وتم تشغيل المنزل بالكامل تقريبًا بالبطارية حتى الساعة 10 مساءً تقريبًا

وقال عمر ناصر ، مؤسس شركة Treepublic Solar ، الشركة التي قامت بتركيب نظام السيد هاريسون مع معدات من Enphase: “إنها لكمة واحدة ، تحتاج إلى حل أزمة المناخ”.

بالنسبة للسيد هاريسون ، فإن الفوائد البيئية هي فائدة إضافية لوجود راحة البال. يقول: “الآن ، حتى أنني لا ألاحظ ما إذا كانت السلطة تخرج في الحي”.

مصادر

تم تسجيل بيانات الطاقة المنزلية كل 15 دقيقة في 12 يونيو 2025 ، في لوس أنجلوس وتم توفيرها بواسطة Enphase.

تعتبر بيانات تبني اللوحة الشمسية كل منزل لعائلة واحدة مع ألواح شمسية على السطح وتغطي 70 في المائة من سكان الولايات المتحدة. البيانات المقدمة من Cape Analytics ، وهي شركة Moody ، والتي تم إنتاجها من الصور التي تم التقاطها بواسطة Vexcel Imaging و Eagleview وغيرهم من مقدمي الخدمات. بيانات السكان من مكتب الإحصاء الأمريكي ، 2019-2023 مسح المجتمع الأمريكي لمدة 5 سنوات.