الطاقة الشمسية

يحوّل التأثير الكهروضوئي في الخلايا الشمسية الضوء إلى تيار كهربائي. وقد صنع تشارلز فريتس أول خلية شمسية في ثمانينيات القرن التاسع عشر. ^{[ 20 ]} وكان الصناعي الألماني إرنست فيرنر فون سيمنز من بين الذين أدركوا أهمية هذا الاكتشاف. ^{[ 21 ]} وفي عام 1931، طوّر المهندس الألماني برونو لانج خلية ضوئية باستخدام سيلينيد الفضة بدلاً من أكسيد النحاس ، ^{[ 22 ]} على الرغم من أن خلايا السيلينيوم النموذجية حوّلت أقل من 1% من الضوء الساقط إلى كهرباء. وبعد عمل راسل أوهل في أربعينيات القرن العشرين، ابتكر الباحثون جيرالد بيرسون وكالفن فولر وداريل تشابين الخلية الشمسية المصنوعة من السيليكون في عام 1954. ^{[ 23 ]} وقد بلغت تكلفة هذه الخلايا الشمسية المبكرة 286 دولارًا أمريكيًا للواط، ووصلت كفاءتها إلى 4.5-6%. ^{[ 24 ]} في عام 1957، طور محمد م. عطا الله عملية تخميل سطح السيليكون بالأكسدة الحرارية في مختبرات بيل . ^{[ 25 ] [ 26 ]} ومنذ ذلك الحين، أصبحت عملية تخميل السطح بالغة الأهمية لكفاءة الخلايا الشمسية . ^{[ 27 ]}

اعتبارًا من عام 2022يشكل السيليكون البلوري أكثر من 90% من السوق . ^{[ 28 ]} تشمل الأنواع الأخرى من الخلايا الشمسية الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ، المصنوعة عن طريق ترسيب طبقة رقيقة واحدة أو أكثر، أو غشاء رقيق (TF) من مادة كهروضوئية على ركيزة، مثل الزجاج أو البلاستيك أو المعدن.

تُنتج مصفوفة النظام الكهروضوئي ، أو نظام PV، طاقة تيار مستمر (DC) تتذبذب مع شدة ضوء الشمس. وللاستخدام العملي، يتطلب ذلك عادةً تحويلها إلى تيار متردد (AC) باستخدام محولات التيار . ^{[ 19 ]} تُوصل خلايا شمسية متعددة داخل الألواح. تُوصل الألواح معًا لتشكيل مصفوفات، ثم تُربط بمحول تيار، يُنتج الطاقة بالجهد المطلوب، وبالنسبة للتيار المتردد، بالتردد/الطور المطلوب. ^{[ 19 ]}

تُربط العديد من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المنزلية بشبكة الكهرباء عند توفرها، لا سيما في الدول المتقدمة ذات الأسواق الكبيرة. ^{[ 29 ]} في هذه الأنظمة المتصلة بالشبكة، يُعد تخزين الطاقة اختياريًا. في بعض التطبيقات، مثل الأقمار الصناعية والمنارات، أو في الدول النامية، تُضاف البطاريات أو مولدات الطاقة الإضافية كأنظمة احتياطية. تسمح هذه الأنظمة المستقلة بتشغيل الأنظمة ليلًا وفي أوقات أخرى يكون فيها ضوء الشمس محدودًا.

تستخدم الطاقة الشمسية المركزة (CSP)، والتي تسمى أيضًا "الطاقة الشمسية الحرارية المركزة"، العدسات أو المرايا وأنظمة التتبع لتركيز ضوء الشمس، ثم تستخدم الحرارة الناتجة لتوليد الكهرباء من التوربينات التقليدية التي تعمل بالبخار. ^{[ 30 ]}

اعتبارًا من عام 2021تزيد التكلفة المعيارية للكهرباء من الطاقة الشمسية المركزة عن ضعف تكلفة الطاقة الكهروضوئية. ^{[ 31 ]} اعتبارًا من عام 2022، يأتي أقل من 1% من الطاقة الشمسية من الطاقة الشمسية المركزة.

يجمع النظام الهجين بين الطاقة الشمسية وتخزين الطاقة أو شكل أو أكثر من أشكال توليد الطاقة الأخرى. ومن الشائع دمج الطاقة الكهرومائية ^{[ 32 ] [ 33 ]} وطاقة الرياح ^{[ 34 ] [ 35 ]} والبطاريات ^{[ 36 ]} مع الطاقة الشمسية. وقد يُمكّن التوليد المُدمج النظام من تغيير إنتاج الطاقة وفقًا للطلب، أو على الأقل تخفيف تقلبات الطاقة الشمسية. ^{[ 37 ] [ 38 ]} وتنتشر الطاقة الكهرومائية على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم، ويُعدّ تركيب الألواح الشمسية على خزانات المياه الكهرومائية القائمة أو حولها مفيدًا للغاية، لأن الطاقة الكهرومائية عادةً ما تكون أكثر مرونة من طاقة الرياح وأقل تكلفة على نطاق واسع من البطاريات، ^{[ 39 ]} ويمكن في بعض الأحيان استخدام خطوط الكهرباء القائمة. ^{[ 40 ] [ 41 ]}

بدأ التطور المبكر لتقنيات الطاقة الشمسية في ستينيات القرن التاسع عشر مدفوعًا بتوقع ندرة الفحم قريبًا، كما يتضح من تجارب أوغستين موشو . ^{[ 42 ]} قام تشارلز فريتس بتركيب أول منظومة كهروضوئية شمسية على سطح مبنى في مدينة نيويورك عام 1884، باستخدام خلايا سيلينيوم بكفاءة 1%. ^{[ 43 ]} مع ذلك، شهد تطوير تقنيات الطاقة الشمسية ركودًا في أوائل  القرن العشرين في ظل تزايد وفرة الفحم والبترول ، وانخفاض تكلفتهما، وزيادة استخدامهما . ^{[ 44 ]} استخدمت مختبرات بيل للهواتف في أبحاثها في خمسينيات القرن العشرين رقائق السيليكون المطلية بطبقة رقيقة من البورون. وُصفت "بطارية بيل الشمسية" بأنها ذات كفاءة 6%، حيث تولد كل ياردة مربعة من الألواح 50 واطًا. ^{[ 45 ]} أُطلق أول قمر صناعي مزود بألواح شمسية عام 1957. ^{[ 46 ]}

بحلول سبعينيات القرن العشرين، كانت الألواح الشمسية لا تزال باهظة الثمن، ولم تُستخدم إلا في الأقمار الصناعية . ^{[ 47 ]} وفي عام 1974، قُدِّر أن ستة منازل خاصة فقط في أمريكا الشمالية بأكملها كانت تُدفأ أو تُبرَّد بالكامل بواسطة أنظمة طاقة شمسية فعّالة. ^{[ 48 ]} ومع ذلك، تسبب حظر النفط عام 1973 وأزمة الطاقة عام 1979 في إعادة تنظيم سياسات الطاقة حول العالم، وأعادا لفت الانتباه إلى تطوير تقنيات الطاقة الشمسية. ^{[ 49 ] [ 50 ]}

ركزت استراتيجيات النشر على برامج التحفيز، مثل البرنامج الفيدرالي لاستخدام الطاقة الكهروضوئية في الولايات المتحدة وبرنامج "صن شاين " في اليابان. وشملت الجهود الأخرى إنشاء مرافق بحثية في الولايات المتحدة (معهد أبحاث الطاقة الشمسية، المعروف الآن باسم المختبر الوطني للطاقة المتجددة )، واليابان ( منظمة تطوير الطاقة الجديدة )، وألمانيا ( معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية ). ^{[ 51 ]} بين عامي 1970 و1983، شهدت تركيبات أنظمة الطاقة الكهروضوئية نموًا سريعًا. في الولايات المتحدة، حدد الرئيس جيمي كارتر هدفًا يتمثل في إنتاج 20% من طاقة الولايات المتحدة من الطاقة الشمسية بحلول عام 2000، لكن خلفه، رونالد ريغان ، ألغى تمويل أبحاث الطاقة المتجددة. ^{[ 47 ]} أدى انخفاض أسعار النفط في أوائل الثمانينيات إلى تباطؤ نمو الطاقة الكهروضوئية بين عامي 1984 و1996.

• 
  إنتاج الطاقة الشمسية السنوي حسب القارة
• 
  بفضل السياسات المواتية وانخفاض تكاليف الوحدات، شهدت تركيبات الطاقة الشمسية الكهروضوئية نموًا مطردًا. ^{[ 52 ] [ 53 ]} وفي عام 2023، أضافت الصين 60% من القدرة الإنتاجية الجديدة في العالم. ^{[ 54 ]}
• 
  نمو الطاقة الشمسية الكهروضوئية على مقياس شبه لوغاريتمي منذ عام 1996
• 
  إنتاج الكهرباء حسب المصدر

في منتصف التسعينيات، بدأ تطوير أنظمة الطاقة الشمسية على أسطح المنازل والمباني التجارية ، بالإضافة إلى محطات الطاقة الكهروضوئية واسعة النطاق ، بالتسارع مجددًا نتيجةً لمشاكل إمدادات النفط والغاز الطبيعي، ومخاوف الاحتباس الحراري ، وتحسن الجدوى الاقتصادية للطاقة الكهروضوئية مقارنةً بتقنيات الطاقة الأخرى. ^{[ 47 ] [ 55 ]} وفي أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، أدى اعتماد تعريفات التغذية - وهي آلية سياسية تُعطي الأولوية للطاقة المتجددة على الشبكة وتحدد سعرًا ثابتًا للكهرباء المولدة - إلى مستوى عالٍ من أمان الاستثمار وإلى ارتفاع كبير في عدد مشاريع الطاقة الكهروضوئية في أوروبا.

لعدة سنوات، كان النمو العالمي للطاقة الشمسية الكهروضوئية مدفوعًا بالانتشار الأوروبي ، ثم تحول إلى آسيا، وخاصة الصين واليابان ، وإلى عدد متزايد من البلدان والمناطق حول العالم. وبرزت الشركات الصينية المصنعة لمعدات الطاقة الشمسية لتصبح الأكبر. ^{[ 56 ] [ 57 ]} وعلى الرغم من أن قدرة الطاقة الشمسية المركزة نمت بأكثر من عشرة أضعاف، إلا أنها ظلت تشكل نسبة ضئيلة من الإجمالي، ^{[ 58 ] : 51} لأن تكلفة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على نطاق المرافق العامة انخفضت بنسبة 85% بين عامي 2010 و2020، بينما انخفضت تكاليف الطاقة الشمسية المركزة بنسبة 68% فقط خلال الفترة نفسها. ^{[ 59 ]}

تتوسع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بوتيرة أسرع من مصادر الكهرباء السابقة. ويساهم انخفاض التكاليف والتصميم المعياري وتحسين تخزين البطاريات في تسهيل الانتقال إلى الطاقة المتجددة. ^{[ 60 ]}

في عام 2025، تجاوز نمو الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وغيرها من مصادر الطاقة الكهربائية منخفضة الكربون النمو الإجمالي في الطلب على الكهرباء، مما قلل الاعتماد على الوقود الأحفوري وساعد في الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري . ^{[ 61 ]}

على الرغم من ارتفاع تكلفة المواد، مثل البولي سيليكون ، خلال أزمة الطاقة العالمية 2021-2022 ، ^{[ 62 ]} ظلت الطاقة الشمسية على نطاق المرافق العامة المصدر الأقل تكلفة للطاقة في العديد من البلدان نظرًا لارتفاع تكاليف مصادر الطاقة الأخرى، مثل الغاز الطبيعي. ^{[ 63 ]} في عام 2022، تجاوزت القدرة العالمية لتوليد الطاقة الشمسية 1 تيراواط لأول مرة. ^{[ 64 ]} ومع ذلك، أدى دعم الوقود الأحفوري إلى تباطؤ نمو قدرة توليد الطاقة الشمسية. ^{[ 65 ]} تُعد أفريقيا أسرع أسواق الطاقة الشمسية نموًا في العالم، مدعومةً بشكل رئيسي من الصين. ^{[ 66 ]}

الحالة الحالية

حوالي نصف القدرة المركبة هي قدرة المرافق العامة. ^{[ 67 ]}

التوقعات

من المتوقع أن تصبح الطاقة الشمسية أكبر مصدر للطاقة المتجددة قبل نهاية العقد الحالي، متجاوزةً إنتاج الطاقة الكهرومائية. ^{[ 68 ]} كما يُتوقع أن تصبح محطات توليد الطاقة على نطاق المرافق العامة أكبر مصدر للكهرباء في جميع المناطق باستثناء أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى بحلول عام 2050. ^{[ 67 ]}

طُوّرت محطات الطاقة الشمسية المركزة التجارية، والتي تُعرف أيضًا باسم "محطات الطاقة الشمسية الحرارية"، لأول مرة في ثمانينيات القرن الماضي. وتُعدّ محطة إيفانبا للطاقة الشمسية  ، بقدرة 377 ميغاواط ، والواقعة في صحراء موهافي بولاية كاليفورنيا، أكبر مشروع لمحطات الطاقة الشمسية الحرارية في العالم. ومن بين محطات الطاقة الشمسية المركزة الكبيرة الأخرى: محطة سولنوفا للطاقة الشمسية (150 ميغاواط)، ومحطة أنداسول للطاقة الشمسية (150 ميغاواط)، ومحطة إكستريسول للطاقة الشمسية (150 ميغاواط)، وجميعها في إسبانيا. وتتمثل الميزة الرئيسية للطاقة الشمسية المركزة في إمكانية إضافة تخزين حراري بكفاءة، مما يسمح بتوزيع الكهرباء على مدار 24 ساعة. ونظرًا لأن ذروة الطلب على الكهرباء تحدث عادةً في حوالي الساعة الخامسة مساءً، فإن العديد من محطات الطاقة الشمسية المركزة تستخدم تخزينًا حراريًا لمدة تتراوح بين 3 و5 ساعات. ^{[ 72 ]}     

في العديد من البلدان، تُعد الطاقة الشمسية أقل مصادر الكهرباء تكلفة. ^{[ 73 ]} تشمل عوامل التكلفة النموذجية للطاقة الشمسية تكاليف الألواح الشمسية، والإطار الحامل لها، والأسلاك، والمحولات، وتكاليف العمالة، وأي أرض قد تكون مطلوبة، والربط بالشبكة، والصيانة، والإشعاع الشمسي الذي سيتلقاه الموقع.

لا تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أي وقود، وتدوم وحداتها عادةً من 25 إلى 40 عامًا. ^{[ 74 ]} وبالتالي، تُشكّل تكاليف رأس المال والتمويل الأولية من 80% إلى 90% من تكلفة الطاقة الشمسية، ^{[ 75 ] : 165} وهو ما يُمثّل مشكلةً للدول التي قد لا تُلتزم فيها العقود، مثل بعض الدول الأفريقية. ^{[ 4 ]} وتدرس بعض الدول وضع سقوف سعرية ، ^{[ 76 ]} بينما تُفضّل دول أخرى عقودًا تُحدّد الفرق . ^{[ 77 ]}

انخفضت تكاليف وحدات الطاقة الشمسية عالية القدرة بشكل كبير مع مرور الوقت. ففي عام 1982، كان سعر الكيلوواط الواحد حوالي 27,000 دولار أمريكي، وفي عام 2006 انخفض إلى حوالي 4,000 دولار أمريكي. وفي عام 1992، بلغت تكلفة نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية حوالي 16,000 دولار أمريكي للكيلوواط، ثم انخفضت إلى حوالي 6,000 دولار أمريكي للكيلوواط في عام 2008. ^{[ 78 ]} وفي عام 2025، بلغت تكلفة الطاقة الشمسية المنزلية في الولايات المتحدة حوالي 2.50 دولار/واط ^{[ 79 ]} (مع العلم أن تكلفة ألواح الطاقة الشمسية أعلى بكثير). ^{[ 80 ]} اعتبارًا من عام 2025تبلغ تكاليف الطاقة الشمسية من المرافق العامة حوالي 25 سنتًا أمريكيًا لكل واط. ^{[ 81 ]}

تعتمد إنتاجية الطاقة الشمسية في منطقة ما على الإشعاع الشمسي ، الذي يتغير على مدار اليوم والسنة ويتأثر بخط العرض والمناخ . كما تعتمد قدرة خرج نظام الخلايا الكهروضوئية على درجة الحرارة المحيطة وسرعة الرياح والطيف الشمسي وظروف التربة المحلية وعوامل أخرى.

تُعدّ طاقة الرياح البرية عادةً أرخص مصدر للكهرباء في شمال أوراسيا، وكندا، وبعض أجزاء الولايات المتحدة، وباتاغونيا في الأرجنتين، بينما يُعتقد أن الطاقة الشمسية (أو مزيج من طاقة الرياح والطاقة الشمسية ومصادر الطاقة منخفضة الكربون الأخرى) هي الأفضل في أجزاء أخرى من العالم. ^{[ 82 ] : تشير نماذج} جامعة إكستر إلى أنه بحلول عام 2030، ستكون الطاقة الشمسية الأقل تكلفة في كل مكان باستثناء بعض دول الشمال الأوروبي . ^{[ 83 ]}

تقع المناطق ذات أعلى معدلات الإشعاع الشمسي السنوي في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية الجافة. أما الصحاري الواقعة في خطوط العرض المنخفضة، فعادةً ما تكون قليلة الغيوم، وتستقبل أشعة الشمس لأكثر من عشر ساعات يوميًا. ^{[ 84 ] [ 85 ]} تُشكّل هذه الصحاري الحارة ما يُعرف بحزام الشمس العالمي الذي يُحيط بالعالم. ويتألف هذا الحزام من مساحات شاسعة من الأراضي في شمال أفريقيا وجنوبها ، وجنوب غرب آسيا ، والشرق الأوسط ، وأستراليا ، بالإضافة إلى صحاري أمريكا الشمالية والجنوبية الأصغر حجمًا . ^{[ 86 ]}

وبالتالي، تُعدّ الطاقة الشمسية (أو يُتوقع أن تُصبح) أرخص مصدر للطاقة في أمريكا الوسطى وأفريقيا والشرق الأوسط والهند وجنوب شرق آسيا وأستراليا والعديد من المناطق الأخرى. ^{[ 82 ] : 8}

تم توضيح قياسات مختلفة للإشعاع الشمسي (الإشعاع العمودي المباشر، والإشعاع الأفقي العالمي) في الخريطة أدناه:

• 
  أمريكا الشمالية
• 
  أمريكا الجنوبية
• 
  أوروبا
• 
  أفريقيا والشرق الأوسط
• 
  جنوب وجنوب شرق آسيا
• 
  أستراليا
• 
  عالم

في حالات الاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية، تُحسب فترة استرداد التكلفة بناءً على كمية الكهرباء التي لم تُشترى من الشبكة. ^{[ 87 ]} مع ذلك، في كثير من الحالات، لا تتطابق أنماط الإنتاج والاستهلاك، ويُعاد جزء من الطاقة أو كلها إلى الشبكة. تُباع الكهرباء، وفي أوقات أخرى، عند سحب الطاقة من الشبكة، تُشترى الكهرباء. تؤثر التكاليف والأسعار النسبية على الجدوى الاقتصادية. في العديد من الأسواق، يكون سعر الكهرباء الكهروضوئية المباعة أقل بكثير من سعر الكهرباء المشتراة، مما يحفز الاستهلاك الذاتي. ^{[ 88 ]} علاوة على ذلك، استُخدمت حوافز منفصلة للاستهلاك الذاتي في دول مثل ألمانيا وإيطاليا. ^{[ 88 ]} كما تضمن تنظيم تفاعل الشبكة قيودًا على تغذية الشبكة في بعض المناطق الألمانية ذات القدرة العالية المركبة للطاقة الكهروضوئية. ^{[ 88 ] [ 89 ]} من خلال زيادة الاستهلاك الذاتي، يمكن الحد من تغذية الشبكة دون تقليصها ، مما يمنع هدر الكهرباء. ^{[ 90 ]}

يُعدّ التوافق الجيد بين الإنتاج والاستهلاك عاملاً أساسياً لزيادة الاستهلاك الذاتي. ويمكن تحسين هذا التوافق باستخدام البطاريات أو أنظمة التحكم في استهلاك الكهرباء. ^{[ 90 ]} مع ذلك، تُعتبر البطاريات باهظة الثمن، وقد تتطلب الربحية توفير خدمات أخرى منها إلى جانب زيادة الاستهلاك الذاتي، ^{[ 91 ]} كالتجنّب مثلاً انقطاع التيار الكهربائي . ^{[ 92 ]} كما يمكن لخزانات تخزين المياه الساخنة المزودة بسخانات كهربائية تعمل بمضخات حرارية أو سخانات مقاومة أن توفر تخزيناً منخفض التكلفة للاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية. ^{[ 90 ]} أما الأحمال القابلة للنقل، مثل غسالات الأطباق والمجففات والغسالات، فيمكنها توفير استهلاك قابل للتحكم مع تأثير محدود على المستخدمين، ولكن قد يكون تأثيرها على الاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية محدوداً أيضاً. ^{[ 90 ]}

كان الهدف السياسي الأصلي لسياسات التحفيز الخاصة بالطاقة الشمسية الكهروضوئية هو تسهيل نشرها على نطاق صغير مبدئيًا لبدء نمو هذا القطاع، حتى في الحالات التي كانت فيها تكلفة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أعلى بكثير من تكلفة الطاقة الشمسية التقليدية، وذلك لتمكين القطاع من تحقيق وفورات الحجم اللازمة للوصول إلى تكلفة الطاقة الشمسية التقليدية. ومنذ الوصول إلى تكلفة الطاقة الشمسية التقليدية، تم تطبيق بعض السياسات لتعزيز استقلال الطاقة الوطني، ^{[ 93 ]} وخلق فرص عمل في مجال التكنولوجيا المتقدمة ، ^{[ 94 ]} وخفض انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون . ^{[ 93 ]}

الطاقة الشمسية المجتمعية

مشروع الطاقة الشمسية المجتمعية هو منشأة لتوليد الطاقة الشمسية تقبل رأس المال من عدة عملاء، بما في ذلك الأفراد والشركات والمنظمات غير الربحية والمستثمرين الآخرين، وتوفر لهم مزايا ضريبية وحوافز مالية. ويستثمر المشاركون عادةً في أو يشتركون في قدرة توليد معينة بالكيلوواط أو الكيلوواط/ساعة من الطاقة الكهربائية المنتجة في المناطق النائية. ^{[ 97 ]}

تُستخدم الغالبية العظمى من الكهرباء المنتجة عالميًا فورًا، نظرًا لقدرة المولدات التقليدية على التكيف مع الطلب، ولأن التخزين عادةً ما يكون أكثر تكلفة. تُعدّ كل من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح مصادر طاقة متجددة متغيرة ، ما يعني ضرورة استخدام كامل الإنتاج المتاح محليًا، أو نقله إلى أماكن أخرى لاستخدامه، أو تخزينه (مثلًا في بطاريات). ولأن الطاقة الشمسية غير متوفرة ليلًا، يُعدّ تخزينها لضمان استمرارية توفر الكهرباء مسألة بالغة الأهمية، لا سيما في التطبيقات خارج الشبكة، وفي سيناريوهات الطاقة المتجددة بنسبة 100% مستقبلًا . ^{[ 103 ]} ولأن الطاقة الشمسية متقطعة وتعتمد على ضوء النهار والظروف الجوية، فإن الدول التي تتبع مسارات الحياد الكربوني وتعتمد بشكل كبير على الطاقة الشمسية، تحتاج عادةً إلى دمجها مع أنظمة تخزين بطاريات واسعة النطاق، أو تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ ، أو نقل الطاقة لمسافات طويلة، للمساعدة في الحفاظ على موثوقية الشبكة. ^{[ 104 ] [ 105 ] [ 106 ] [ 107 ]}

يمكن التنبؤ بالطاقة الشمسية إلى حد ما بناءً على الوقت والموقع والفصول، مع العلم أن إنتاجها على المدى القصير يعتمد أيضًا على الأحوال الجوية. وتختلف صعوبة دمج الطاقة الشمسية في أي شبكة كهرباء اختلافًا كبيرًا. ففي المناطق ذات الصيف الحار والشتاء المعتدل، تُعدّ الطاقة الشمسية خيارًا مناسبًا لتلبية احتياجات التبريد خلال النهار. ^{[ 106 ]}

قد تستخدم محطات الطاقة الشمسية المركزة التخزين الحراري لتخزين الطاقة الشمسية، كما هو الحال في الأملاح المنصهرة ذات درجات الحرارة العالية. وتُعد هذه الأملاح وسيلة تخزين فعالة لأنها منخفضة التكلفة، ولها سعة حرارية نوعية عالية، ويمكنها توفير الحرارة عند درجات حرارة متوافقة مع أنظمة الطاقة التقليدية. ^{[ 108 ]}

في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المستقلة ، تُستخدم البطاريات تقليديًا لتخزين فائض الكهرباء. أما في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتصلة بالشبكة ، فيمكن إرسال فائض الكهرباء إلى الشبكة الكهربائية . وتمنح برامج القياس الصافي وتعريفة التغذية هذه الأنظمة رصيدًا مقابل الكهرباء التي تنتجها. ويعوض هذا الرصيد الكهرباء المُقدمة من الشبكة عندما يعجز النظام عن تلبية الطلب، ما يعني فعليًا التداول مع الشبكة بدلًا من تخزين فائض الكهرباء. ^{[ 109 ]} عندما تُمثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية نسبة صغيرة من طاقة الشبكة، يمكن لتقنيات التوليد الأخرى تعديل إنتاجها وفقًا لذلك، ولكن مع نمو هذه الأشكال من الطاقة المتغيرة، تزداد الحاجة إلى توازن إضافي في الشبكة. ومع الانخفاض السريع في الأسعار، تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل متزايد بطاريات قابلة لإعادة الشحن لتخزين فائض يُستخدم لاحقًا في الليل. وتُساهم البطاريات المستخدمة لتخزين الطاقة في استقرار الشبكات الكهربائية عن طريق موازنة أحمال الذروة لعدة ساعات. ^{[ 110 ]}

معظم بطاريات المنازل هي من نوع الليثيوم أيون ، وغالبًا ما تكون من نوع فوسفات حديد الليثيوم (خاصةً منذ عام 2021 تقريبًا)، بالإضافة إلى بعض بطاريات النيكل والمنغنيز والكوبالت . ^{[ 111 ]} تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بإمكانية استبدال بطاريات الرصاص الحمضية في المستقبل القريب، نظرًا لتطويرها المكثف وانخفاض أسعارها المتوقع بفضل وفورات الحجم التي توفرها مرافق الإنتاج الضخمة مثل مصنع تسلا العملاق 1. علاوة على ذلك ، قد تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون في السيارات الكهربائية القابلة للشحن كأجهزة تخزين مستقبلية في نظام ربط المركبات بالشبكة الكهربائية . ^{[ 112 ]} وبما أن معظم المركبات تبقى متوقفة لمدة 95% من الوقت في المتوسط، فيمكن استخدام بطارياتها لنقل الكهرباء من السيارة إلى خطوط الكهرباء وبالعكس. ^{[ 113 ]}

يمكن إعادة استخدام بطاريات المركبات الكهربائية المستعملة. ^{[ 114 ]} تشمل البطاريات القابلة لإعادة الشحن الأخرى المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزعة بطاريات الصوديوم والكبريت وبطاريات الفاناديوم المؤكسدة والمختزلة ، وهما نوعان بارزان من بطاريات الأملاح المنصهرة وبطاريات التدفق ، على التوالي. ^{[ 115 ] [ 116 ] [ 117 ]}

أصبحت الحاجة إلى تخزين كافٍ للطاقة الشمسية أكثر أهمية مع ازدياد إنتاج الطاقة الشمسية. ففي أوروبا، قد يؤدي عدم كفاية سعة التخزين والنقل إلى هدر ما يقارب 40 تيراواط ساعة من الطاقة الشمسية بسبب تقليص الإنتاج في عام 2026، وهو ما يعادل تزويد لندن الكبرى بالطاقة لمدة عام - بزيادة قدرها 25% مقارنة بعام 2025 ^{[ 118 ]} .

على الرغم من إمكانية تقليص إنتاج محطات الطاقة الشمسية، إلا أنها عادةً ما تُنتج أكبر قدر ممكن من الطاقة. لذلك، في نظام كهربائي يفتقر إلى تخزين كافٍ للطاقة في الشبكة ، فإن الإنتاج من مصادر أخرى (الفحم، الكتلة الحيوية، الغاز الطبيعي، الطاقة النووية، الطاقة الكهرومائية ) يتذبذب عمومًا صعودًا وهبوطًا استجابةً لارتفاع وانخفاض الطاقة الشمسية وتغيرات الطلب (انظر محطة الطاقة التي تتبع الحمل ).

تعمل السدود الكهرومائية التقليدية بكفاءة عالية عند دمجها مع الطاقة الشمسية؛ إذ يمكن حجز المياه أو إطلاقها من الخزان حسب الحاجة. وفي حال عدم توفر مواقع جغرافية مناسبة، يمكن استخدام الطاقة الشمسية لضخ المياه إلى خزان مرتفع في الأيام المشمسة، ثم تُستعاد الطاقة ليلاً وفي الأحوال الجوية السيئة عن طريق إطلاق المياه عبر محطة كهرومائية إلى خزان منخفض حيث تبدأ الدورة من جديد. ^{[ 120 ]}

بينما تستطيع محطات الطاقة الكهرومائية والغاز الطبيعي الاستجابة بسرعة لتغيرات الأحمال، فإن محطات الفحم والكتلة الحيوية والطاقة النووية تستغرق عادةً وقتًا طويلاً للاستجابة للأحمال، ولا يمكن جدولة تشغيلها إلا وفقًا للتغيرات المتوقعة. وبحسب الظروف المحلية، وعندما تتجاوز نسبة مصادر الطاقة المتقطعة المتصلة بالشبكة، مثل الطاقة الشمسية، 20-40% من إجمالي الإنتاج، فإنها غالبًا ما تتطلب استثمارًا في مزيج من ربط الشبكة وتخزين الطاقة وإدارة الطلب . في الدول ذات الإنتاج العالي للطاقة الشمسية، مثل أستراليا، قد تصبح أسعار الكهرباء سالبة في منتصف النهار عندما يكون إنتاج الطاقة الشمسية مرتفعًا، مما يحفز على إنشاء أنظمة تخزين بطاريات جديدة . ^{[ 121 ] [ 122 ]}

يتميز الجمع بين طاقة الرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئية بميزة تكامل المصدرين، إذ تقع أوقات ذروة التشغيل لكل نظام في أوقات مختلفة من اليوم والسنة. ^{[ 123 ]} ولذلك، يكون توليد الطاقة في أنظمة الطاقة الشمسية الهجينة هذه أكثر استقرارًا وأقل تقلبًا من كل نظام فرعي على حدة. ^{[ 124 ]} وتُعد الطاقة الشمسية موسمية، لا سيما في المناطق الشمالية والجنوبية البعيدة عن خط الاستواء، مما يستدعي الحاجة إلى تخزين موسمي طويل الأمد في وسيط مثل الهيدروجين أو الطاقة الكهرومائية المُضخّة. ^{[ 125 ]}