من المتوقع أن تُسرّع الخلايا الشمسية الفائقة الجديدة (البيروفسكايت) من تحوّل الطاقة في اليابان – استراتيجية اليابان للطاقة الشمسية بالتعاون مع شركة سيكيسوي كيميكال – الصورة: إكسبرت ديجيتال
تكنولوجيا الطاقة المستقبلية: إنجاز ياباني في مجال خلايا البيروفسكايت
الطاقة الشمسية المتقدمة: مسار اليابان نحو التحول في مجال الطاقة
تحقق اليابان تقدماً ملحوظاً في تكنولوجيا الطاقة الشمسية من خلال تطوير خلايا البيروفسكايت الشمسية، التي تمتلك القدرة على إحداث تحول جذري في قطاع الطاقة بالبلاد. ومن المتوقع أن تدعم هذه التكنولوجيا المبتكرة أهداف اليابان الطموحة في مجال المناخ، وأن تُسهم أيضاً في تقليل اعتمادها على الوقود الأحفوري والطاقة النووية. وبفضل خصائصها المرنة والخفيفة الوزن وعالية الكفاءة، يُمكن لهذه الخلايا الشمسية الفائقة أن تصل إلى قدرة توليد كهرباء تُعادل 20 مفاعلاً نووياً بحلول عام 2040، مما يُقدم إسهاماً بالغ الأهمية في تحول الطاقة في اليابان.
تقنية البيروفسكايت الثورية
تختلف خلايا البيروفسكايت الشمسية اختلافًا جذريًا عن الخلايا الشمسية التقليدية، وتُبشّر بثورة في كيفية تسخير الطاقة الشمسية. فعلى عكس الألواح الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون، تتميز خلايا البيروفسكايت الشمسية بقدرتها العالية على التكيف، وخفة وزنها، ومرونة تصنيعها. هذه الخصائص تجعلها ذات قيمة خاصة في اليابان ذات الكثافة السكانية العالية، حيث غالبًا ما تكون الألواح الشمسية التقليدية غير عملية نظرًا لمحدودية المساحة المتاحة.
تتيح مرونة خلايا البيروفسكايت الشمسية إمكانيات تطبيقية جديدة كلياً. فبفضل تصميمها شبه الشفاف وخفيف الوزن، يمكن تركيبها على جدران المباني ونوافذها، وعلى أسطح السيارات، وعلى أعمدة الإنارة، مما يسمح باستخدام هذه الأسطح لتوليد الطاقة. وتكتسب هذه المرونة أهمية خاصة في المدن ذات المساحة المحدودة، حيث يُعدّ تعظيم إنتاج الطاقة دون الحاجة إلى أراضٍ إضافية أمراً بالغ الأهمية.
حققت الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت تقدماً ملحوظاً من حيث الكفاءة. فبكفاءة تبلغ 26.1%، باتت الآن تضاهي كفاءة ألواح السيليكون أحادية البلورة التقليدية، ويستمر هذا الرقم في الارتفاع، بينما يبدو أن تقنية السيليكون قد وصلت إلى حدودها القصوى. ويُعدّ استخدام هذه الخلايا مع ألواح السيليكون واعداً للغاية، إذ يسمح حالياً بتجاوز الكفاءة 35%. علاوة على ذلك، تُمكّن مرونة هذه الخلايا من تطوير أنظمة هجينة تجمع بين طاقة الرياح والطاقة الشمسية، مما يُسهم في تحسين كفاءة مصادر الطاقة المتجددة.
ذو صلة بهذا الموضوع:
الميزة الاستراتيجية لليابان من خلال إنتاج اليود
يُعدّ دور اليابان كثاني أكبر منتج لليود في العالم عاملاً رئيسياً يُعزز مكانتها في تطوير خلايا البيروفسكايت الشمسية. فاليود عنصر أساسي في إنتاج هذه الخلايا، ما يُتيح لليابان إنشاء سلسلة توريد مستقلة، ويُوفر فرصاً واعدة لتطوير صناعتها المحلية. وباستغلال هذا المورد الطبيعي، يُمكن لليابان إنشاء سلسلة إنتاج مكتفية ذاتياً إلى حد كبير لتلبية الكميات الهائلة المطلوبة من خلايا البيروفسكايت الشمسية.
خطة اليابان الطموحة للطاقة الشمسية
كشفت الحكومة اليابانية عن خطة طموحة للاستفادة من تقنية البيروفسكايت. تهدف البلاد إلى تركيب 20 جيجاوات من الطاقة الشمسية بحلول السنة المالية 2040، أي ما يعادل إنتاج حوالي 20 مفاعلاً نووياً. وبهذه القدرة، لن تتمكن اليابان من إيقاف تشغيل مفاعلاتها النووية العاملة فحسب، بل ستتجنب أيضاً بناء محطات طاقة نووية جديدة لتلبية احتياجاتها المستقبلية من الطاقة مع التخلص التدريجي من محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري.
تُعدّ هذه المبادرة جزءًا من خطة طاقة أوسع. ففي 13 مارس/آذار 2025، وضعت الحكومة اليابانية الصيغة النهائية لمسودة سياسة طاقة أساسية تهدف إلى زيادة حصة الطاقة المتجددة في مزيج الطاقة الكهربائية إلى 50% بحلول عام 2040 لتلبية الطلب المتزايد على الكهرباء. وكانت اليابان قد حدّثت خطتها للطاقة في أكتوبر/تشرين الأول 2021، حيث برزت الطاقة المتجددة كأهم المستفيدين. وتحدد "خطة الطاقة الاستراتيجية" السادسة، ولأول مرة، هدف جعل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية، بالإضافة إلى الكتلة الحيوية، المصادر الرئيسية لتوليد الطاقة في اليابان بدءًا من عام 2030، بحصة مُخططة تتراوح بين 36 و38% من مزيج الطاقة.
الدور المحوري لشركة سيكيسوي كيميكال
تُعدّ شركة سيكيسوي كيميكال لاعباً رئيسياً في تنفيذ استراتيجية الطاقة الشمسية في اليابان. وبدعم من بنك التنمية الياباني، أنشأت سيكيسوي شركة جديدة في أوائل عام 2025 لتطوير وتصنيع وبيع خلايا شمسية من نوع البيروفسكايت بموجب ترخيص من سيكيسوي كيميكال. تُقدّر التكلفة الإجمالية للمشروع بأكثر من 310 مليارات ين (1.97 مليار دولار أمريكي)، وقد مُوِّل نصفها بمنح حكومية.
تعتزم شركة سيكيسوي اتباع استراتيجية استثمارية مرحلية، تبدأ باستثمار 90 مليار ين ياباني لإنشاء خط إنتاج بقدرة 100 ميغاواط بحلول عام 2027، يليه خط إنتاج بقدرة غيغاواط بحلول عام 2030. وفي هذا المشروع، ستقوم الشركة بشراء واستخدام معدات من مصنع شارب في ساكاي، غرب اليابان. ويهدف المشروع إلى الوصول إلى طاقة إنتاجية تبلغ 1 غيغاواط سنويًا للخلايا الشمسية المبتكرة، وخاصة خلايا البيروفسكايت الشمسية، بحلول السنة المالية 2030.
حددت الشركة بالفعل مجالات تطبيق واضحة لتقنيتها، حيث صرحت قائلة: "نريد الاستفادة من خصائص النظام الخفيفة والمرنة لتعزيز استخدامه، لا سيما في القطاع العام، على سبيل المثال، في الصالات الرياضية التي تُستخدم كمراكز إيواء في حالات الكوارث". وعلى المدى البعيد، تخطط سيكيسوي لتوسيع أعمالها من خلال خفض التكاليف عبر الإنتاج الضخم، مع زيادة الطلب في الوقت نفسه، مع التركيز على أسطح وجدران المصانع والمستودعات الخارجية في القطاع الخاص.
خطط الاستثمار والإنتاج
تخطط شركة سيكيسوي كيميكال لإنشاء قدرة تصنيعية تبلغ 1 جيجاوات سنويًا للخلايا الشمسية البيروفسكايت بحلول عام 2030. وستستثمر الشركة ما مجموعه حوالي 2 مليار دولار أمريكي في هذا المشروع، حيث ستغطي الحكومة اليابانية نصف التكاليف.
تتمثل الخطوة الأولى في إنشاء خط إنتاج بسعة 100 ميغاواط سنوياً من عام 2025 إلى عام 2027. ولهذا الغرض، تستثمر شركة سيكيسوي كيميكال 90 مليار ين (حوالي 570 مليون دولار أمريكي) وتستخدم أجزاء من مصنع شارب السابق في أوساكا.
الدعم الحكومي والشراكات
تدعم الحكومة اليابانية المشروع بنشاط:
- منحت وزارة الشؤون الاقتصادية شركة سيكيسوي كيميكال منحة في إطار البرنامج لتوسيع سلاسل التوريد من أجل التحول الأخضر.
- يمتلك بنك التنمية الياباني المملوك للدولة (DBJ) حصة 14٪ في شركة Sekisui Solar Film التي تم تأسيسها حديثًا، والتي ستنشئ منشأة التصنيع.
التكنولوجيا والتطبيقات
تتخصص شركة سيكيسوي كيميكال في تصنيع الخلايا الشمسية الرقيقة والمرنة المصنوعة من البيروفسكايت بتقنية اللفائف. وفيما يلي خصائص الخلايا الحالية:
- الكفاءة: 15%
- مدة الصلاحية: 10 سنوات
- عرض اللفة: 30 سنتيمترًا
تشمل الأهداف المستقبلية كفاءة بنسبة 20% وعمرًا افتراضيًا يصل إلى 20 عامًا. سيتم في البداية تركيب الخلايا الشمسية خفيفة الوزن والمرنة على أسطح المباني العامة، مثل الصالات الرياضية. وفي وقت لاحق، من المخطط استخدامها على أسطح وجدران المصانع والمستودعات.
الأهداف طويلة المدى
تهدف الحكومة اليابانية إلى أن تساهم أنواع جديدة من الخلايا الشمسية بحوالي 20 جيجاوات من توليد الطاقة بحلول عام 2040. وتخطط شركة سيكيسوي كيميكال للعب دور رئيسي في تحقيق هذا الهدف الحكومي المتمثل في إنشاء إنتاج على نطاق الجيجاوات بحلول عام 2030.
طفرة في خلايا البيروفسكايت الشمسية: أرخص وأطول عمراً من أي وقت مضى
على الرغم من إمكاناتها الهائلة، لا تزال خلايا البيروفسكايت الشمسية تواجه العديد من العقبات. يُعدّ عمرها الافتراضي المحدود للغاية مقارنةً بالسيليكون وتكلفتها الأولية المرتفعة من أبرز التحديات التي تواجهها. مع ذلك، تشهد هذه التقنية تطورًا مستمرًا، ويعمل الباحثون على إيجاد حلول مثل تحسين تقنية التخميل وتطوير تركيبات مواد أكثر استقرارًا.
تحقق إنجازٌ بارزٌ في عام 2024 عندما قدمت شركة صينية مصنعة أولى خلايا البيروفسكايت التجارية المصممة للعمل لمدة 12 عامًا دون أي تراجع في الأداء، مع تقديم الشركة ضمانًا لمدة عشر سنوات. وعلى مدى 25 عامًا، من المتوقع أن يكون تدهور الأداء خطيًا وليس مفاجئًا، مما يُحسّن من إمكانية التنبؤ به.
كما يظهر اتجاه إيجابي فيما يتعلق بالتكاليف. وتشير التوقعات إلى انخفاض التكاليف في اليابان من 20 ينًا حاليًا (حوالي 12 سنتًا من اليورو) إلى 10 ينات (حوالي 6 سنتات من اليورو) لكل واط بحلول عام 2040. وسيؤدي هذا الانخفاض في التكاليف إلى زيادة القدرة التنافسية للتكنولوجيا وتعزيز انتشارها على نطاق واسع.
في ألمانيا، اكتشف الفيزيائي فيليكس لانغ خاصيةً مميزةً لأشباه الموصلات البيروفسكايتية: قدرتها على الإصلاح الذاتي. قد يُسهم هذا الاكتشاف بشكلٍ كبير في إطالة عمر الخلايا الشمسية البيروفسكايتية، وفي تطوير الخلايا الشمسية وأجهزة الأشعة السينية، مع تطبيقاتٍ على الأرض وفي الفضاء.
النهضة الشمسية في اليابان
كانت اليابان في يوم من الأيام رائدة عالميًا في إنتاج الألواح الشمسية، لكن حصتها السوقية تراجعت إلى أقل من واحد بالمئة بسبب المنافسة من الشركات الصينية. وتسعى اليابان، من خلال تقنية الخلايا الشمسية البيروفسكيتية، إلى استعادة مكانتها القوية في السوق العالمية. ويُذكر هذا الوضع بالفترة التي أعقبت أزمة النفط عام 1973، حين تعاون القطاعان العام والخاص في اليابان في مجال البحث والتطوير في الطاقة المتجددة، وتجاوزت حصتها السوقية العالمية للألواح الشمسية مؤقتًا 50% قبل أن تتجاوزها الشركات الصينية بأسعارها المنخفضة.
منذ الكارثة النووية التي وقعت في اليابان في مارس 2011، شهد قطاع الطاقة الشمسية في البلاد نموًا سريعًا. واليوم، تُساهم الطاقة الشمسية بنحو 10% من إجمالي إنتاج الطاقة، مقارنةً بـ 1.9% فقط في عام 2014. وتهدف خطة الطاقة الحالية إلى رفع هذه النسبة إلى ما بين 36 و38% بحلول عام 2030، مع دور محوري لتكنولوجيا سلسلة إمداد الطاقة في تجاوز هذه الأرقام بحلول عام 2040.
ذو صلة بهذا الموضوع:
تنويع مصادر الطاقة المتجددة في اليابان
بينما تُعدّ الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت محوراً أساسياً في استراتيجية الطاقة اليابانية، تستثمر البلاد أيضاً في مصادر الطاقة المتجددة الأخرى لتنويع مزيج الطاقة وتعزيز أمنها الطاقي. وتطمح اليابان إلى أن تصبح مجتمعاً يعتمد على الهيدروجين، وقد تبنّت استراتيجيةً في هذا المجال منذ عام ٢٠١٧، ما يدعم هدفها المتمثل في خفض انبعاثات الكربون بحلول عام ٢٠٥٠. وتخطط الحكومة اليابانية لاستثمار نحو ١٥ تريليون ين (ما يعادل ١٠٧ مليارات دولار أمريكي تقريباً) في سلسلة قيمة الهيدروجين على مدى ١٥ عاماً.
علاوة على ذلك، أعلن وزير البيئة شينجيرو كويزومي أن الوزارة ستتولى زمام المبادرة في تسريع تطوير الطاقة الحرارية الأرضية. كما أعلن وزير الإصلاح الإداري تارو كونو عن هدف مضاعفة عدد محطات الطاقة الحرارية الأرضية في اليابان بحلول عام 2030. ومن المتوقع أن تؤدي تعريفات التغذية المواتية وتشجيع الطاقة المتجددة إلى زيادة عدد مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية.
إضافةً إلى ذلك، تستكشف اليابان طاقة الاندماج النووي كمصدر طاقة طويل الأمد. وتتعاون مع الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة لتسريع تطويرها، حيث يلعب الاستثمار والتعاون من القطاع الخاص دورًا محوريًا. وفي نهاية مارس 2024، أسست 21 شركة مجلس طاقة الاندماج النووي الياباني (J-Fusion) بهدف تطوير التكنولوجيا والمعايير بشكل مشترك.
الآثار المترتبة على التحول العالمي في مجال الطاقة
قد يكون لاستثمار اليابان الضخم في خلايا البيروفسكايت الشمسية آثارٌ بعيدة المدى على مشهد الطاقة العالمي. فإذا ما تم تطبيق هذه التقنية بنجاح على نطاق صناعي، فقد تُصبح نموذجاً يُحتذى به للدول الأخرى، ولا سيما الدول ذات الكثافة السكانية العالية والمساحات المحدودة لمحطات الطاقة الشمسية التقليدية.
تُبدي الحكومة اليابانية ثقةً كبيرةً بنجاح استثماراتها في خلايا البيروفسكايت الشمسية. فبعد تلبية احتياجات السوق المحلية، تخطط اليابان لتصدير هذه التقنية المبتكرة إلى دول أخرى، ما قد يُسهم في التحول العالمي للطاقة ويعزز مكانة اليابان كدولة رائدة في مجال التكنولوجيا.
يُعدّ تطوير الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت جزءًا من استراتيجية يابانية أوسع لاستعادة ريادتها التكنولوجية في مختلف القطاعات. فإلى جانب الطاقات المتجددة، تستثمر اليابان بكثافة في تقنيات مستقبلية أخرى، مثل المركبات ذاتية القيادة، بهدف الوصول إلى حصة 30% من السوق العالمية بحلول عام 2030.
تقدم الطاقة الشمسية لمستقبل الطاقة في اليابان
يمثل استثمار اليابان في خلايا البيروفسكايت الشمسية خطوة حاسمة في تحول قطاع الطاقة لديها. وتُظهر الخطط الطموحة لتركيب قدرة تعادل 20 مفاعلاً نووياً بحلول عام 2040 ثقة البلاد في هذه التقنية المبتكرة ومساهمتها في التحول الطاقي.
تُقدّم تقنية البيروفسكايت مزايا فريدة بفضل مرونتها وخفتها وكفاءتها، لا سيما بالنسبة لدولة ذات كثافة سكانية عالية كاليابان. ورغم استمرار التحديات المتعلقة بالمتانة والتكلفة، فإن التقدم المستمر في البحث والتطوير يُثبت إمكانية تجاوز هذه العقبات. وتُرسّخ استراتيجية التنفيذ المرحلي، التي تهدف إلى إنتاج طاقة بالجيجاوات بحلول عام 2030، الأساس لأهداف طموحة طويلة الأجل.
إنّ التوسع في استخدام خلايا البيروفسكايت الشمسية لا يُسهم فقط في مساعدة اليابان على تحقيق أهدافها المناخية وتقليل اعتمادها على الوقود الأحفوري والطاقة النووية، بل يُعيد إليها أيضاً مكانتها كمزود رائد لتكنولوجيا الطاقة الشمسية. ويؤكد الاستخدام الاستراتيجي لإنتاج اليود المحلي والاستثمار الحكومي الكبير عزم اليابان على النجاح في هذه التكنولوجيا الواعدة.
من خلال هذا النهج الشامل، الذي يجمع بين الابتكار التكنولوجي والاستراتيجية الاقتصادية، تتبوأ اليابان مكانة رائدة في التحول العالمي للطاقة، وتُرسّخ مساراً واعداً نحو إنتاج طاقة مستدامة للمستقبل. وقد يكون لنجاح هذه الخطة أهمية بالغة، ليس فقط لليابان، بل وللجهود العالمية الرامية إلى تحقيق مستقبل مستدام للطاقة.
ذو صلة بهذا الموضوع:
شريكك العالمي في التسويق وتطوير الأعمال
☑️ لغة أعمالنا هي الإنجليزية أو الألمانية
☑️ جديد: مراسلات بلغتك الأم!
Konrad Wolfenstein
يسعدني أنا وفريقي أن نكون متاحين لكم بصفتنا مستشاركم الشخصي.
يمكنكم التواصل معي عبر ملء نموذج الاتصال هنا مباشرةً الاتصال بي +49 7348 4088 965. عنوان بريدي الإلكتروني هو wolfenstein@xpert.digital:أو
أتطلع إلى مشروعنا المشترك.
