مزرعه خورشیدی و نکات لازم جهت احداث انواع آن

امروزه صنایع خورشیدی و بادی در سرتاسر جهان در حال رونق هستند. عملکرد رکوردشکن صنعت انرژی های تجدیدپذیر، هزینه ها را بدون مصالحه بر سر قابلیت اطمینان کاهش می دهد.

علی رغم اینکه دلایل متعددی برای انتخاب این انرژی های پاک وجود دارد؛ اما اصلی ترین دلیل جایگزینی آنها با سوخت های فسیلی، کاهش انتشار کربن و سایر آلاینده هاست. از اینرو ما در این مطلب قصد داریم تا نگاهی دقیق تر و نزدیک تر به دنیای مزارع خورشیدی و نحوه توسعه آنها بیاندازیم.

مزرعه خورشیدی چیست؟

امروزه گسترش انرژی های تجدیدپذیر با ارتقا نوآوری ها در زمینه جذب انرژی های پاک امکان پذیر شده است. به همین دلیل بخش انرژی خورشیدی شاهد افزایش 49% در رشد سالیانه بوده است.

مزارع خورشیدی یا میدان های خورشیدی، تاسیسات خورشیدی در مقیاس کلان هستند که برای مقاصد تجاری برق تولید می کنند. این تاسیسات شامل مجموعه گسترده ای از پنل های خورشیدی فتوولتائیک (PV) هستند که برق جریان مستقیم را مستقیماً از نور خورشید تولید می کنند.

میدان های خورشیدی بزرگ به راحتی در عرض چند ماه قابل ساخت هستند و شامل محدوده وسیعی از پنل های کوچکتر می باشند.

برخی از مزارع خورشیدی برق را فقط برای کاربران محلی و مناطق اطراف آنها تامین می کنند، و برخی نیز وظیفه تولید برق را برای شرکت ها برعهده دارند. این نیروگاه ها، انرژی تجدیدپذیر، قابل اعتماد و ایمن را در بلند مدت تامین می کنند.

انرژی های تجدیدپذیر منبع اصلی انرژی مورد نیاز تولید در ایالات متحده هستند، و در هر دو مقیاس کوچک و بزرگ بر سایر منابع انرژی اولویت دارند. با این وجود و با توجه به معیارهای جغرافیایی و مالی، انرژی خورشیدی از نظر امنیت، قابلیت اطمینان، کاربرپسندی و مقرون به صرفه بودن بر سایر منابع انرژی تجدیدپذیر برتری دارد.

عکس موجود است.

انواع مزرعه خورشیدی

خورشید دارای پتانسیل انرژی بی نهایتی است؛ از اینرو فناوری های جدید خورشیدی می توانند تقاضای جهانی انرژی را برآورده کنند و جایگزین سوخت های فسیلی شوند. به علاوه رشد سریع صنعت خورشیدی نسب به دهه گذشته، فضا را برای سازگاری با این فناوری و تحقیق و توسعه بیشتر در این زمینه فراهم کرده است.

اگر چه در ایالات متحده عمدتاً از پنل های خورشیدی پشت بامی استفاده می شود؛ اما آینده این صنعت به مزارع خورشیدی اختصاص دارد، چرا که آنها بهتر می توانند از دارایی ها، خصوصاً زمین های بایر استفاده کنند. در ضمن آنها تولید انرژی پاک را افزایش می دهند و با تولید انرژی مقرون به صرفه به سلامت جوامع کمک می کنند.

مزارع خورشیدی به طور کلی به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

1. مقیاس همگانی
2. تولید پراکنده
3. میکرو شبکه ها

مزارع خورشیدی مقیاس همگانی

این نوع از مزارع خورشیدی بسته به مساحت تحت پوشش می توانند تا یک گیگاوات برق تولید کنند. آنها در بلند مدت قادرند تا انرژی پاک، مقرون به صرفه و قابل اعتماد را به وجود آورند.

همان طور که از نام این دسته از مزارع خورشیدی پیداست؛ انرژی تولید شده توسط آنها به وسیله یک محیط خرید برق (PPA) به خریداران برق فروخته می شود. شرکت ها یا مزارع خورشیدی مبتنی بر تاسیسات برقی می توانند این انرژی را در واحدهای تجاری، اجتماعی و مسکونی توزیع کنند.

از آنجاییکه این برق به کلیه خریداران فروخته می شود؛ لذا مصرف کننده نهایی این نیروگاه های خورشیدی از انرژی ارزان در زمان اوج تقاضا (که احتمال خاموشی های گسترده وجود دارد) یا گران شدن انرژی سوخت های فسیلی منتفع می شود.

مزارع خورشیدی در مقیاس همگانی از فناوری های مختلف خورشیدی استفاده می کنند و برای ذخیره انرژی به منظور حفظ منبع تغذیه طراحی شده اند. در ضمن توان پشتیبانی بالای این حوزه باعث ایجاد شغل در زمینه های مختلف از تحقیق و توسعه گرفته تا زمینه های تولیدی، فنی و مکانیکی شده است.

طبق گزارش انجمن صنایع خورشیدی (SEIA) ایالات متحده، در حال حاضر بیش از 37 هزار مگاوات پروژه در مقیاس همگانی در این حوزه در حال بهره برداری است. با در نظر گرفتن داده های آژانس بین المللی انرژی (IEA) انتظار می رود ظرفیت تولید انرژی خورشیدی تا سال 2025 به 1.5 تراوات افزایش یابد.

مزارع خورشیدی تولید پراکنده

تولید پراکنده به این معنی است که مزارع خورشیدی یا نیروگاه های خورشیدی برای تولید برق در نزدیکی محل مورد نظر دایر می شوند. این شیوه تولید برق به تولید در محل نیز معروف است، و با مزایا و چالش های منحصر به فردی همراه است.

برق تولیدی در این روش عمدتاً در همان محل مصرف می شود و به ترانسفورماتورهای ولتاژ پایین متصل می گردد. مزیت این دسته از میدان های خورشیدی، انعطاف پذیری و سازگاری بیشتر در زیرساخت های انرژی و نزدیک بودن به کاربر نهایی است.

بیش از 12 میلیون واحد تولید پراکنده برق خورشیدی در ایالات متحده وجود دارد و برنامه هایی مانند جوامع خورشیدی امکان دسترسی به این انرژی پاک را برای بسیاری فراهم می کنند. این مزارع خورشیدی می توانند در هر جایی پابرجا شوند از یک پشت بام گرفته تا محدوده های وسیع. پروژه های تولید پراکنده در مقیاس کلان با بهره مندی از برنامه های تامین بودجه می توانند به شبکه های درآمدی موجود متصل شوند.

مزارع خورشیدی میکرو شبکه

میکرو شبکه ها، شبکه های الکتریکی در مقیاس کوچک هستند که مستقیماً انرژی پاک را برای یک مجموعه یا گروهی از کاربران تولید می کنند. این سیستم، انرژی نور خورشید را به برق تبدیل می کند و آن را در جامعه هدف توزیع می نماید.

میکرو شبکه ها در هنگام از دسترس خارج شدن شبکه اصلی می توانند همچنان به فعالیت خود ادامه دهند؛ زیرا آنها از شبکه اصلی جدا هستند و همین باعث انعطاف پذیری شبکه می شود. با این حال میکرو شبکه های قدیمی تر با سوخت های فسیلی کار می کردند؛ در حالیکه امروزه به لطف پیشرفت تکنولوژی، از فناوری های سبز بهره می برند.

این دسته از مزارع خورشیدی دارای مزیت های بیشماری هستند و طرح های نوآورانه جدیدی با قابلیت ذخیره سازی انرژی توسط باتری ها ارائه می دهند. این ویژگی ها باعث می شود تا میکرو شبکه ها در هر شرایط آب و هوایی و در هنگام قطعی برق، قادر به کار باشند.

این انرژی پاک، پایدار و کارآمد به لطف وجود این میکرو شبکه ها به سرعت در سطوح ایالتی و کشوری در ایالات متحده در حال گسترش است. با پیشرفت فناوری، میکرو شبکه ها روز به روز بیشتر به یک دارایی حیاتی برای جامعه تبدیل می شوند.

پیش نیازهای ساخت مزرعه خورشیدی

زمین مورد نیاز

یک مزرعه خورشیدی حداقل به 5 تا 7 هکتار زمین برای نصب پنل های خورشیدی نیاز دارد. از اینرو زمین های وسیع برای مزارع خورشیدی مناسب هستند و البته بهترین انتخاب در این زمینه، زمین های بایر است.

ساخت یک مزرعه خورشیدی علاوه بر اینکه ارزش زمین شما را افزایش می دهد؛ به شما امکان می دهد تا انرژی پاک با قابلیت ارزشمند کربن صفر را انتخاب کنید. با این وجود، زمین مورد نیاز به الزامات تولیدی و راندمان پنل های خورشیدی یا فناوری های نصب شده بستگی دارد.

عکس موجود است.

مجوزهای مورد نیاز

راه اندازی یک مزرعه خورشیدی به مجوزهای مختلفی نیاز دارد. در ضمن مزرعه خورشیدی باید به صورت قانونی در ارگان های دولتی ثبت شود. نرخ بازگشت سرمایه برای صاحبان مزارع خورشیدی بین 8 تا 9 سال است. مجوزهای اجباری این کار شامل قراردادهای بهره برداری، بیمه نامه، گواهی تبدیل زمین و پروانه قرارداد نیروی کار است.

الزامات جغرافیایی

اگر موقعیت جغرافیایی محل مورد نظر مناسب باشد؛ فناوری خورشیدی همانند یک جادو عمل می کند. انتخاب مکان بر هزینه، تولید و کیفیت انرژی تاثیر می گذارد. از اینرو پس از تمام تحقیقات و برنامه ریزی ها، باید زیرساخت های شبکه، میزان تقاضا و نرخ اجاره محل نهایی شود.

مزایا و معایب احداث مزرعه خورشیدی

امروزه با کمک فناوری های نوآورانه، مهار نیروی خورشید و استخراج انرژی پاک از آن آسان تر از قبل شده است. تولید انرژی های تجدیدپذیر، پتانسیل های مثبت فراوانی دارد و بر کاستی هایی مانند خاموشی های گسترده برق به دلیل بروز بلایای طبیعی یا عوامل دیگر غلبه می کند.

مزایا

1. پایداری: این شیوه تولید انرژی باعث محدود شدن استفاده از منابع انرژی غیر تجدیدپذیر می شود؛ زیرا می توان با تکیه بر منابع تجدیدپذیری مثل خورشید، از تمام منابع فسیلی بی نیاز شد.
2. هزینه پایین تعمیر و نگهداری: ادمون بکرل (Edmond Becquerel)، فیزیکدان جوانی که در فرانسه کار می کرد توانست اثر PV را کشف کند؛ این اثر به فرآیندی اشاره دارد که با قرار گرفتن در معرض انرژی تابشی خورشید، برق تولید می کند. سیستم های خورشیدی پس از نصب به حداقل مراقبت لازم نیاز دارند، و تنها کافی است برای افزایش راندمان پنل ها، گهگاه آنها را تمیز کنید.
3. فاقد آلودگی صوتی: تجهیزات و فناوری های خورشیدی فاقد آلودگی های صوتی هستند. در واقع این سیستم ها به دلیل اینکه هیچگونه قطعه متحرکی ندارند؛ لذا فاقد سر و صدا هستند و کمترین مزاحمت صوتی را برای محیط اطراف ایجاد می کنند.
4. سازگار با محیط زیست: انرژی خورشیدی پاک ترین و قابل اعتمادترین منبع انرژی است که بدون آلودگی زمین یا آب، برق تولید می کند. انتشار کربن صفر راهکاری کارآمد و سازگار با محیط زیست برای تولید و استفاده از برق است. در ضمن می توان این برق را به عنوان نیروی مازاد به شبکه اصلی انتقال داد.
5. حیات وحش: زمین اطراف یک مزرعه خورشیدی می تواند محیطی مناسب برای زیستگاه حیات وحش و گیاهان باشد. به عنوان مثال می توان از علفزارها به عنوان چراگاه حیوانات استفاده کرد، و پروژه های مختلف دامی و کشاورزی را در نزدیکی این مزارع راه اندازی نمود.
6. سودآوری: مزارع خورشیدی بازده مناسبی دارند و راه اندازی آنها سرمایه گذاری پرسودی به شمار می آید؛ در عین حال حتی در مقیاس کوچک نیز به افراد کمک می کنند در قبوض برق خود صرفه جویی نمایند. در ضمن دولت مشوق ها و تخفیف های مالیاتی مناسبی برای ترویج مزارع خورشیدی در نظر گرفته است.

معایب

1. یک مزرعه خورشیدی برای تولید بیشتر به زمینی با مساحت وسیع و تعداد زیادی پنل خورشیدی نیاز دارد. در ضمن راه اندازی مزارع خورشیدی به دریافت مجوزهای قانونی نیازمند می باشد و بیشتر در مناطق توسعه یافته قابل اجراست.
2. یک مزرعه خورشیدی در ابتدا پروژه ای هزینه بر است؛ زیرا به پنل های خورشیدی کارآمد، هزینه های نصب و تعمیر و نگهداری منظم نیاز دارد.
3. در اینجا وابستگی به آب و هوا یک چالش جدی است. اگر چه در این سیستم ها امکاناتی برای ذخیره برق و پشتیبان گیری توسط باتری ها وجود دارد؛ اما این پنل ها باید به صورت مداوم برق تولید کنند. به همین دلیل باید یک منطقه آفتابی برای راه اندازی مزارع خورشیدی انتخاب شود.
4. برخی از اثرات زیربنایی ساخت این نیروگاه ها بر روی محیط زیست تاثیر می گذارد که از آن جمله می توان به ضایعات پنل های خورشیدی اشاره کرد. با این وجود امروزه تلاش می شود تا با استفاده از راهکارهای فناورانه، روند بازیافت پنل های خورشیدی اصلاح شود و بدین صورت اثرات زیان بخش آنها بر محیط زیست به حداقل برسد.
5. هر چند زمین و جامعه بشری از نصب پنل های خورشیدی در مقیاس های بزرگ مانند مزارع خورشیدی بهره مند می شوند؛ اما در برخی موارد تشعشعات الکترو مغناطیسی گزارش شده است. به عنوان مثال در برخی از مناطق به دلیل تخریب زیستگاه برخی از گیاهان و جانوران، از مفهوم مزارع خورشیدی انتقاد شده است.

راندمان مزارع خورشیدی: سرمایه گذاری و نوآوری

به لطف پیشرفت فناوری های خورشیدی، استفاده از انرژی خورشیدی روز به روز در حال افزایش است. ساخت مزارع خورشیدی در ابتدا به سرمایه گذاری کلان نیاز دارد و به همین دلیل ممکن است شما را در مورد بازدهی مالی به شک بیاندازد. در ضمن عواملی مانند موقعیت جغرافیایی، دما و کیفیت سایه پنل ها نیز در راندمان مزارع خورشیدی نقش دارند.

عکس موجود است.

نحوه اندازه گیری راندمان خورشیدی

خروجی انرژی یا تولید انرژی در یک مساحت سطح معین از پنل خورشیدی، نشان دهنده راندمان آن است. پنل های خورشیدی باکیفیت یا پنل هایی که از فناوری های مدرن بهره می برند؛ فضای کمتری اشغال می کنند اما قیمت بالاتری دارند. هر چند پنل های خورشیدی ارزان تر فضای بیشتری اشغال می کنند؛ اما مشوق خوبی برای ترغیب افراد به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر با قیمت مناسب هستند.

راندمان پنل های خورشیدی

استفاده از انرژی خورشیدی، ایده ای بسیار عالی است. فرض کنیم شما در زمینه راه اندازی مزارع خورشیدی تحقیق کرده اید، محل آن را مشخص نموده اید و تمام جوانب کار را نیز در نظر گرفته اید. تمام این موارد بدون در نظر گرفتن راندمان پنل های خورشیدی، عملاً بی فایده است.

اگر شما مجبور شوید مبلغی که ماهیانه در هزینه های انرژی خود صرفه جویی کرده اید را صرف تعمیر پنل ها کنید؛ دیگر این کار چه فایده ای برای شما دارد؟

پیشرفت در فناوری فتوولتائیک باعث شده تا راندمان پنل های خورشیدی با استفاده از سلول های چند اتصالی، به 40% افزایش یابد. راندمان پنل های خورشیدی به طور معمول بین 10% تا 15% است. این بدان معنی است که:

• فضاهای کوچکتر یا مناطق محدودتر به پنل های خورشیدی گران قیمت و با راندمان بالا، برای برآورده کردن نیازهای انرژی خود نیاز دارند.
• اما کسانیکه به محدوده ها و زمین های بزرگتر دسترسی دارند؛ می توانند انرژی مورد نیاز خود را با پنل های ارزانتر که دارای راندمان پایین تر هستند، تامین کنند.

عوامل موثر بر راندمان پنل های خورشیدی

استانداردهای صنعتی مختلفی در مورد بازده نیروگاه های خورشیدی وجود دارند. به عنوان مثال در برخی از موارد از مفهوم ماژول های به هم پیوسته استفاده می شود.

اما طرح هایی مانند پنل های سیلیکونی مونو کریستالی، پنل های فتوولتائیک مجتمع های ساختمانی، پنل های سیلیکونی پلی کریستالی و فناوری سلول های خورشیدی لایه نازک، جزء بهترین و جامع ترین طرح ها هستند. این طرح ها راندمان مناسبی دارند و برخی از آنها حتی برای سقف های سنتی نیز مناسب می باشند.

نصب پنل های خورشیدی باید نیازهای انرژی را با هزینه ای پایین در بلند مدت برآورده کند. عوامل زیر می توانند بر راندمان پنل های خورشیدی تاثیر بگذارند و باعث تغییر در بازده آنها شوند:

• پنل های خورشیدی با توجه به دما و آب و هوا طراحی می شوند. پس باید پنل مناسب را با توجه به شرایط جغرافیایی محل زندگی خود انتخاب کنید تا از بازدهی مناسب آنها مطمئن شوید.
• سایه باعث کاهش خروجی تولید انرژی می شود. از اینرو یک مکان فاقد سایه، ایده آل ترین محل برای نصب این پنل هاست. در غیر این صورت بهتر است ناحیه ای با کمترین میزان سایه را انتخاب کنید.
• زاویه و موقعیت مناسب نصب پنل، بازده آن را به حداکثر می رساند. این عوامل نقش مهمی در افزایش راندمان پنل های خورشیدی دارند.
• نحوه طراحی و ساخت پنل های خورشیدی در کارآیی فرآیندهای فتوولتائیک بسیار مهم اند. اما در کنار استفاده از پنل های با راندمان بالا، بهره گیری از نظرات کارشناسی و استفاده از خدمات مناسب پس از فروش نیز به همان اندازه در بازده نهایی پنل های خورشیدی موثر است.

هر آنچه باید در مورد مزارع خورشیدی بدانید

هنگامی که مفاهیمی چون اکولوژی و حفاظت از محیط زیست در کانون توجه قرار می گیرند؛ روی آوردن به سبک زندگی سبز و استفاده از انرژی های پاک، بیش از پیش اهمیت پیدا می کند. در این میان از بین تمام گزینه ها، انرژی خورشیدی بهترین انتخاب به شمار می آید. زیرا در کنار کاهش اثر گلخانه ای، به کاهش انتشار کربن نیز کمک می کند.

تاسیس مزارع خورشیدی، بهترین راهکار برای استفاده مناسب از زمین به منظور بهره گیری از این انرژی سبز و پاک است. حجم تولید برق توسط نیروگاه های PV در ایالات متحده در پایان سال 2020 بالغ بر 97275 مگاوات بوده است. امروزه ایالات متحده به لطف انجام تحقیقات گسترده و ادغام فناوری خورشیدی در سیستم های انرژی خود، در صدر فهرست کشورهای تولید کننده برق خورشیدی در جهان قرار گرفته است.

به علاوه برنامه های بسیاری برای ساخت نیروگاه های بزرگ خورشیدی در این کشور در دست اجراست. به عنوان مثال ایالت کالیفرنیا قصد دارد تا سال 2045 به منابع انرژی کربن صفر دست یابد. مزارع خورشیدی گزینه بسیار مناسبی برای استفاده از زمین های بایر هستند. طبق آخرین گزارش ها در حال حاضر 5000 پروژه بزرگ در این زمینه تنها در ایالات متحده در حال ساخت است.

امروزه تنها با یک تصمیم سرنوشت ساز می توان سقف خانه خود (یا یک زمین غیر قابل استفاده) را به منبعی مطمئن برای تولید انرژی تبدیل کرد.

جهت مشاوره رایگان در زمینه احداث مزرعه خورشیدی می توانید از اینجا با کارشناسان دادمان یزد در ارتباط باشید.