بقلم: د. أمين عبد الرحيم (دكتور مهندس، مدير التدريب) طائرة
مع تسارع التحول العالمي نحو الطاقة المتجددة، يواجه قطاع الطاقة الشمسية ضغوطًا متزايدة لتعزيز الكفاءة، وخفض تكاليف التشغيل، والحفاظ على الاستدامة البيئية في منشآت متزايدة الحجم والتعقيد. ومن أبرز التقنيات التي تُمكّن هذا التطور استخدام الطائرات بدون طيار. وقد ازداد استخدام تقنيات الطائرات بدون طيار في فحص أنظمة الطاقة الكهربائية، وأصبحت الآن جزءًا لا يتجزأ من كل مرحلة تقريبًا من دورة حياة مزرعة الطاقة الشمسية، بدءًا من التخطيط المبكر ووصولًا إلى الصيانة والمراقبة المستمرة. قُدِّر حجم سوق فحص الطاقة الشمسية باستخدام الطائرات بدون طيار بنحو 1.2 مليار دولار أمريكي في عام 2024، ومن المتوقع أن يصل إلى 2.3 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2026، ومن المتوقع أن يشهد معدل نمو سنوي مركب (CAGR) يبلغ حوالي 15.2% بين عامي 2026 و2033، ليصل إلى 3.8 مليار دولار أمريكي، وفقًا لـ Verified Market Reports
بفضل الاستفادة من تقنيات التصوير المتقدمة والأتمتة والذكاء الاصطناعي، تُوفِّر الطائرات بدون طيار قدرات لا مثيل لها تُبسِّط عمليات الطاقة الشمسية. فهي تُمكِّن من إجراء مسوحات سريعة ودقيقة للمواقع، وتُحسِّن الرقابة على البناء، وتُسرِّع عمليات الفحص، بل وتدعم أنظمة التنظيف المُبتكرة، كل ذلك مع تقليل الحاجة إلى العمل اليدوي وتعزيز السلامة. علاوة على ذلك، يمتد دورها ليضيف على هذه الوظائف الهندسية تطبيقات مثل إدارة الأصول، والمراقبة الأمنية، والرصد البيئي.
تستكشف هذه المقالة الطرق المختلفة التي تدعم بها الطائرات بدون طيار صناعة الطاقة الشمسية. وتُسلِّط الضوء على مساهماتها في مجالات رئيسية، وتُبيِّن كيف أن تقنية الطائرات بدون طيار لا تُكمِّل مستقبل البنية التحتية للطاقة الشمسية فحسب، بل تُعيد تشكيله بقاعلية.
وفقًا لـ P Market Research، تُمثل مزارع الطاقة الشمسية على مستوى المرافق حوالي 65% من الطلب العالمي على عمليات الفحص باستخدام الطائرات بدون طيار. تتجاوز هذه المنشآت عادةً سعة 20 ميجاوات، ونظرًا لحجمها، فإنها تتطلب عمليات فحص متكررة وواسعة النطاق. على سبيل المثال، تستخدم مزرعة توباز للطاقة الشمسية في كاليفورنيا عمليات تفتيش باستخدام الطائرات بدون طيار ربع سنويًا لفحص 9 ملايين وحدة شمسية. يمكن لأنظمة الطائرات بدون طيار فحص هذه المزرعة الشمسية الكبيرة في غضون 3-5 أيام، بينما قد تستغرق عمليات الفحص اليدوية أسابيع.
تُعد منشآت الطاقة الشمسية التجارية والصناعية ثاني أكبر فئة، حيث تمثل 25-30% من طلب السوق. تتراوح قدرة هذه المشاريع عادةً بين 500 كيلووات و10 ميجاوات، وغالبًا ما تُركّب في تضاريس معقدة؛ وبالتالي، تُعدّ الطائرات بدون طيار خيارًا مُفيدًا في مثل هذه الحالات.
علاوة على ذلك، دفع نمو قطاع الطاقة الشمسية إلى تطبيق أطر تنظيمية جديدة. على سبيل المثال، تُلزم مبادرة الطاقة المتجددة 2030 في المملكة العربية السعودية باستخدام عمليات فحص الجودة باستخدام الطائرات بدون طيار لمنشآت الطاقة الشمسية التي تزيد قدرتها عن 5 ميجاوات.تُحدد الأقسام التالية مجالات التطبيق الرئيسية للطائرات بدون طيار في عمليات الطاقة الشمسية، مُسلِّطةً الضوء على القدرات المتنوعة لهذه التقنية وفوائدها الملموسة.
تدعم الطائرات بدون طيار قطاع الطاقة الشمسية في المجالات الرئيسية التالية:
قبل بدء تركيب الألواح الشمسية، يجب على المهندسين تحليل ظروف الموقع من خلال إجراء مسوحات وتخطيط المواقع. تسرع الطائرات بدون طيار هذه العملية بشكل كبير من خلال:
يمكن للطائرات بدون طيار المزودة بالمعدات والحمولات المناسبة، مثل DJI Matrice 350 مع Zenmuse P1، جنبًا إلى جنب مع البرمجيات المناسبة (مثل DJI Terra أو Pix4DMapper)، إنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد ونماذج ارتفاع رقمية (DEMs) لتقييم ملاءمة التضاريس للتركيبات الشمسية. يمكنهم أيضًا إنشاء خرائط كونتور دقيقة لتوجيه وضع الألواح بشكل مثالي.
من خلال التقاط الصور الجوية، تساعد الطائرات بدون طيار في تحليل الظلال والتعرض لأشعة الشمس، وهو أمر بالغ الأهمية أيضًا لتحسين وضع الألواح. يمكن للطائرات بدون طيار إتمام المسوحات بسرعة تصل إلى 75% مقارنة بالطرق التقليدية، حتى بالنسبة للأنظمة المركبة على الأسطح.
خلال مرحلة البناء، يمكن استخدام الأنظمة القائمة على الطائرات بدون طيار في:
يمكن تحليل هذه البيانات باستخدام الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لتحديد الأعطال، والتنبؤ باحتياجات الصيانة، وتحديد أولويات الإصلاحات، وتحسين إنتاج الطاقة. ونتيجةً لذلك، تستطيع الطائرات بدون طيار فحص مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة أسرع بنسبة 400% من الطرق التقليدية، مما يُحسّن الكفاءة ويقلل التكاليف.
مع نمو مزارع الطاقة الشمسية من حيث الحجم والتعقيد، أصبحت الحلول القائمة على البيانات ضرورية للحفاظ على الأداء، وتحسين العمليات، وتقليل فترات التوقف. في هذا السياق، تعمل بعض الشركات على تحسين عمليات فحص الطاقة الشمسية باستخدام الطائرات بدون طيار من خلال تحويلها إلى سير عمل ذكي وقابل للتطوير. على سبيل المثال، تجمع منصة Sitemark بين صور الطائرات بدون طيار عالية الدقة – الحرارية والبصرية – مع تحليلات الذكاء الاصطناعي المتقدمة لتقديم رؤى عملية. يتيح حلهم القائم على الأنظمة السحابية للمشغلين اكتشاف الأعطال، وتقدير فقدان الطاقة، وتحديد أولويات مهام الصيانة بكفاءة.
علاوة على ذلك، يمكن استخدام الطائرات بدون طيار لفحص خطوط النقل، التي تنقل الطاقة الشمسية المولدة من مزارع الطاقة الشمسية. لمزيد من المعلومات حول فحص خطوط الكهرباء والبنية التحتية للشبكات باستخدام الطائرات بدون طيار، يُمكن للقارئ الاطلاع على مقالتنا السابقة.
يعتبر هذا التطبيق مفيدًا وعمليًا للغاية في المواقع التي يصعب الوصول إليها أو في مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة والنائية.
ومع استمرار تزايد حجم وتعقيد مزارع الطاقة الشمسية، توفر تقنية الطائرات بدون طيار تطبيقات أوسع تتجاوز مهام الهندسة والصيانة المباشرة. فبالإضافة إلى أدوارها المهمة في تحليل ما قبل الإنشاء، ومراقبة البناء، والفحص، والتنظيف، تلعب الطائرات بدون طيار أيضًا دورًا محوريًا في دعم الاحتياجات التشغيلية والأمنية والبيئية للبنية التحتية للطاقة الشمسية.
يُسلّط الجدول أدناه الضوء على الفوائد الرئيسية لاستخدام الطائرات بدون طيار في قطاع الطاقة الشمسية. يُسرد الجدول مزايا مثل الكفاءة، وتوفير التكاليف، والدقة، والسلامة، مع تحديدها باستخدام المقاييس ذات صلة. تُبيّن هذه الرؤى لماذا أصبحت عمليات التفتيش باستخدام الطائرات بدون طيار ممارسةً قياسيةً لصيانة محطات الطاقة الشمسية وتحسينها:
|
التفاصيل |
الفوائد المحددة |
المزايا |
|
يمكن للطائرات بدون طيار فحص مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة أسرع من الطرق اليدوية بنسبة 70-90% |
دورات فحص أسرع |
1. الكفاءة والسرعة |
|
تمكّن من التحليل السريع والتقرير |
الحصول على البيانات في الوقت الفعلي |
|
|
تقلل الطائرات بدون طيار من تكاليف الفحص بنسبة تصل إلى 40% |
تقليل تكاليف العمل والتشغيل |
2. تقليل التكاليف |
|
الكشف المبكر عن الأعطال يمنع فقدان الطاقة بنسبة تصل إلى 30% |
تقليل التوقفات |
|
|
التصوير الحراري/المتعدد الأطياف يحقق دقة كشف 95% |
الكشف عن الأعطال بدقة عالية |
3. الدقة والتحليل |
|
الكشف عن النقاط الساخنة، الشقوق، التظليل، وعدم توافق التوصيلات |
التحليل التفصيلي لعيوب الألواح |
|
|
تجنب التعرض للحرارة، المخاطر الكهربائية، والأراضي غير الآمنة |
تقليل المخاطر على المفتشين |
4. السلامة |
|
يمكن للأنظمة الآلية للطائرات بدون طيار باستخدام خوارزميات التعلم الآلي التنبؤ باحتياجات الصيانة بدقة تصل إلى 89%، مما يقلل من التوقفات غير المخطط لها بنسبة تصل إلى 30% |
عمليات معتمدة على البيانات والتدخل المبكر |
5. الصيانة التنبؤية |
|
تقليل المركبات على الموقع والنشاط اليدوي مما يدعم الاستدامة |
خفض البصمة الكربونية لعمليات الصيانة |
6. التأثير البيئي |
|
تدعم البيانات ذات العلامات الجغرافية مسارات التدقيق ومطالبات الضمان وتقارير التأمين |
تبسيط التوثيق والتقرير |
7. الامتثال التنظيمي |
تبرز منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا بسرعة كمركز عالمي لتطوير الطاقة الشمسية، مدفوعةً بوفرة مواردها الشمسية، وتزايد الطلب على الطاقة، والمبادرات الوطنية الاستراتيجية الهادفة إلى تنويع مصادر الطاقة. وبفضل تمتعها بمستويات إشعاع شمسي من بين الأعلى عالميًا، حيث تستقبل ما بين 2000 و2300 كيلوواط ساعة/متر مربع سنويًا في العديد من المناطق، تتمتع المنطقة بمكانة استثنائية تؤهلها للاستفادة من الطاقة الشمسية كأساس لاستراتيجيتها للطاقة المتجددة.
ارتفاع الطلب وأهداف طموحة
تضع دول منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا أهدافًا طموحة للطاقة المتجددة في إطار جهود أوسع نطاقًا لتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري وخفض انبعاثات الكربون. على سبيل المثال، تهدف دولة الإمارات العربية المتحدة إلى توليد 44% من طاقتها من مصادر نظيفة بحلول عام 2050، من خلال استثمارات كبيرة في مشاريع الطاقة الشمسية مثل مجمع محمد بن راشد آل مكتوم للطاقة الشمسية بقدرة 5000 ميجاواط. وبالمثل، تُحدد رؤية المملكة العربية السعودية 2030 هدفًا يتمثل في تركيب 58.7 جيجاوات من الطاقة المتجددة بحلول عام 2030، تُشكل الطاقة الشمسية حصةً كبيرةً منها. كما تُمضي مصر والأردن والمغرب قدمًا في مشاريع الطاقة الشمسية واسعة النطاق لتلبية الطلب المتزايد على الكهرباء وتقليل الاعتماد على الواردات.
التكامل التكنولوجي والابتكار
مع تسارع منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا في نشر مشاريع الطاقة الشمسية واسعة النطاق لتحقيق أهدافها الطموحة في مجال الطاقة، أصبحت الإدارة والصيانة الفعّالتان لهذه المنشآت الواسعة أمرًا بالغ الأهمية. وقد أدى ذلك إلى تكامل متزايد للتقنيات المتقدمة، مثل أنظمة تخزين الطاقة، وإدارة الشبكات القائمة على الذكاء الاصطناعي، وأنظمة الطائرات بدون طيار، لتعزيز كفاءة البنية التحتية للطاقة الشمسية وقابليتها للتوسع. وتُستخدم الطائرات بدون طيار، على وجه الخصوص، على نطاق واسع في أعمال المسح ومراقبة البناء والتفتيش. تُسلّط دراسات الحالة التالية الضوء على كيفية استخدام الطائرات بدون طيار في مشاريع الطاقة الشمسية الكبرى في منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا:
أحد الأمثلة هي محطة مصدر للطاقة الشمسية، وهي منشأة بقدرة 10 ميجاوات، تضم 87,780 وحدة شمسية، تُولّد ما يقارب 17,500 ميجاوات/ساعة من الكهرباء النظيفة سنويًا، مما يُعوّض حوالي 15,000 طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون سنويًا. يتطلب فحص هذا العدد الكبير من الألواح يدويًا عدة أسابيع وجهودًا بشرية كبيرة.
مع ذلك، وبفضل تقنية الطائرات بدون طيار، أُنجزت عمليات التفتيش البصرية والحرارية الكاملة في 7 أيام فقط، مما قلّص وقت التفتيش بأكثر من 70%. وقد رصدت الكاميرات عالية الدقة والحرارية المُثبّتة على الطائرات بدون طيار 370 وحدة معيبة، بما في ذلك الألواح المتشققة أو المفقودة التوصيلات المنفصلة. وقد مكّن هذا النهج من اكتشاف الألواح المعيبة أو ضعيفة الأداء، مما يضمن إنتاجًا مثاليًا للطاقة ويُخفّض تكاليف الصيانة.
من المتوقع أن يصل إجمالي قدرة مجمع محمد بن راشد آل مكتوم للطاقة الشمسية إلى ٥٠٠٠ ميجاوات بحلول عام ٢٠٣٠، وهو يغطي عدة كيلومترات مربعة. في المرحلة الخامسة من المشروع وحدها (٩٠٠ ميجاوات)، قامت طائرات بدون طيار بمسح ما يقارب ٣.٥ كيلومتر مربع من منشآت الطاقة الشمسية الكهروضوئية، والتقطت أكثر من ١٦٠٠٠ صورة عالية الدقة في أقل من ٤ أيام. عولجت هذه الصور باستخدام تحليلات مدعومة بالذكاء الاصطناعي للكشف عن مشاكل مثل التشوهات الحرارية، والاتساخ، وتدهور الخلايا قبل توصيل الموقع بالشبكة. وقد أدى ذلك إلى تسريع الجداول الزمنية للمشروع بشكل كبير وتحسين ضمان الجودة العامة للموقع.
في محطة نور أبوظبي للطاقة الشمسية في سويحان – إحدى أكبر محطات الطاقة الشمسية أحادية الموقع في العالم بسعة ١.١٧ جيجاوات – استُخدمت الطائرات بدون طيار على نطاق واسع خلال مرحلة البناء. تم التقاط أكثر من 105,000 صورة عالية الدقة وجُمعت في 17 خريطة باستخدام برنامج PIX4D
مكّنت هذه المسوحات الجوية من الرصد الدقيق لتقدم أعمال البناء، وتحسين التواصل بين المقاولين، وتوفير وثائق قيّمة للتقارير التنظيمية. ساهم رسم الخرائط باستخدام الطائرات بدون طيار في تقليل وقت التفتيش من أسابيع إلى أيام، مما سهّل حل المشكلات بسرعة في جميع أنحاء الموقع الشاسع الذي تبلغ مساحته 8 كيلومترات مربعة.
تُعد محطة الظفرة واحدة من أحدث مشاريع الطاقة الشمسية واسعة النطاق في المنطقة. عند اكتمالها في يونيو 2023، أصبحت أكبر محطة طاقة شمسية أحادية الموقع في العالم، حيث استخدمت ما يقرب من 4 ملايين لوح شمسي ثنائي الوجه بسعة 2 جيجاواط. تُولّد المحطة كهرباء تكفي لحوالي 200,000 منزل في جميع أنحاء الإمارات العربية المتحدة، مما يُقلل من انبعاثات الكربون بمقدار 2.4 مليون طن سنويًا.
بالطبع، في مشروع بهذا الحجم، يُعد استخدام التقنيات المتقدمة أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على كفاءة التشغيل:
تُركّب الألواح الشمسية على ما مجموعه 33,000 جهاز تتبع، تعمل بأوضاع متعددة، بما في ذلك التتبع التلقائي، ووضع الرياح، ووضع المطر، ووضع التنظيف، والوضع الأفقي. ويُستخدم أسطول من روبوتات التنظيف للحفاظ عليها خالية من الرمال والغبار.
نظرًا لحجم وتعقيد التركيب، يمكن أن تلعب الأنظمة القائمة على الطائرات بدون طيار دورًا هامًا في تعزيز الكفاءة التشغيلية، حيث يمكنها دعم الكشف الفوري عن الأعطال، ومراقبة الأداء، والامتثال البيئي.
تؤكد دراسات الحالة هذه على التأثير التحويلي لتكنولوجيا الطائرات بدون طيار على عمليات الطاقة الشمسية في منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا، حيث تُظهر تحسينات كبيرة في المراقبة، وكفاءة التفتيش، والأداء العام للمحطة.
تلعب الطائرات بدون طيار دورًا محوريًا متزايد الأهمية في مجال الطاقة الشمسية، حيث توفر نهجًا متعدد الاستخدامات قائمًا على البيانات لإدارة دورة حياة أنظمة الطاقة الشمسية. كما هو موضح بالتفصيل في هذه المقالة، تمتد تطبيقات الطائرات بدون طيار الآن إلى ما هو أبعد من مجرد الفحص، لتشمل مسح ما قبل الإنشاء، وتتبع تقدم البناء، والتحليل الحراري، والتنظيف الآلي، وإدارة الأصول، والمراقبة البيئية.
تعالج هذه التقنيات بعضًا من أكثر التحديات إلحاحًا التي تواجه قطاع الطاقة الشمسية اليوم، ألا وهي الحاجة إلى كفاءة ودقة أكبر وقابلية للتوسع في العمليات. يمكن للطائرات بدون طيار فحص مزارع الطاقة الشمسية أسرع بنسبة تصل إلى 90% من الطرق اليدوية، وخفض تكاليف التشغيل بنسبة تصل إلى 40%، وتحديد الأعطال بدقة تزيد عن 95%، مما يجعلها ضرورية للحفاظ على الأداء في المنشآت الكبيرة والموزعة.
مع التوسع السريع لسوق الطاقة الشمسية العالمي وظهور معايير تنظيمية جديدة، فإن تكامل الطائرات بدون طيار لا يعزز فقط سير العمل الفني ولكنه يصبح أساسا لتلبية متطلبات الطاقة المستقبلية. وكما يتضح من أمثلة مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق والمشاريع التجارية على حد سواء، تُحدث الطائرات بدون طيار تحولًا في كيفية تخطيط أنظمة الطاقة الشمسية وبنائها وصيانتها واستدامتها، مما يجعلها عاملًا رئيسيًا في استمرار نمو الصناعة ومواءمتها.
