ما هي الطاقة الشمسية على نطاق المرافق؟

تتراوح أحجام مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق من بضعة ميغاواط إلى عدة مئات من ميغاواط. وعادة ما تكون ميغاواط واحد من القدرة على توليد الطاقة كافية لتشغيل نحو 1 إلى 200 منزل في الولايات المتحدة. وكثيراً ما تتجاوز مشاريع المرافق 300 ميغاواط، ويمكن أن يصل العديد منها إلى 10 ميغاواط أو أكثر.

ما هي الطاقة الشمسية على نطاق المرافق؟

الطاقة الشمسية على نطاق المرافق تشير إلى محطات الطاقة الشمسية واسعة النطاق التي تولد الكهرباء في المقام الأول للشبكة، وتخدم المرافق والكيانات التجارية بدلاً من المنازل الفردية. تم تصميم هذه المزارع الشمسية لإنتاج كميات كبيرة من الكهرباء - غالبًا في نطاق عشرات إلى مئات الميجاواط - من خلال الألواح الشمسية الكهروضوئية (PV) أو تقنيات الطاقة الشمسية المركزة (CSP). ثم يتم نقل الكهرباء المولدة عبر خطوط الكهرباء إلى الشبكة الكهربائية الأوسع، مما يوفر الطاقة للمدن أو البلدات أو حتى المناطق بأكملها.

الخصائص الرئيسية للطاقة الشمسية على نطاق المرافق:

1. كبير الحجم:تحتل هذه المنشآت الشمسية مساحات كبيرة من الأراضي، غالبًا في المناطق الريفية أو الصحراوية، حيث يمكنها تعظيم التقاط الطاقة الشمسية.

2. تكامل الشبكة:يتم تغذية الكهرباء المولدة مباشرة إلى الشبكة، مما يدعم شركات المرافق في تلبية الطلب على الكهرباء من المستهلكين.

3. كفاءة عالية:تم تصميم مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق لتكون عالية الكفاءة، وغالبًا ما تستخدم تقنيات متقدمة مثل أنظمة التتبع التي تضبط زاوية الألواح الشمسية لتتبع الشمس لإنتاج الطاقة المثالية.

4. مقياس اقتصادي:نظرًا لحجم وكمية الطاقة المنتجة، مزارع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق الاستفادة من انخفاض التكاليف لكل وحدة كهرباء مقارنة بمنشآت الطاقة الشمسية الأصغر حجماً على نطاق سكني.

أنواع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق

هناك نوعان أساسيان من التقنيات المستخدمة في الطاقة الشمسية على نطاق المرافق المشاريع: الكهروضوئية (PV) الطاقة الشمسية المركزة (CSP).

الطاقة الشمسية الكهروضوئية

الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي التكنولوجيا الأكثر استخدامًا لإنتاج الطاقة الشمسية على نطاق المرافق. وهي تعمل عن طريق تحويل ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء استخدام المواد شبه الموصلة في الألواح الشمسية.

كيف يعمل:

• الألواح الشمسية:تتكون هذه الخلايا الشمسية من خلايا شمسية فردية، تتكون عادة من السيليكون، والتي تولد تيارًا كهربائيًا مباشرًا (DC) عند تعرضها لأشعة الشمس.
• العاكسون:نظرًا لأن معظم أنظمة الشبكة تستخدم التيار المتناوب (AC)، يتم استخدام العاكسات لتحويل الكهرباء المستمرة التي تنتجها الألواح إلى كهرباء مترددة.
• اتصال الشبكة:يتم تغذية الكهرباء المترددة إلى الشبكة لتوزيعها على المستهلكين.

الميزات الرئيسية:

• وحدات:تتمتع أنظمة الطاقة الكهروضوئية بقابلية عالية للتوسع، مما يجعلها مناسبة للتركيبات واسعة النطاق. يمكن توصيل آلاف الألواح لتشكيل مزرعة شمسية ضخمة على نطاق المرافق.
• الكفاءة:يمكن لأنظمة الطاقة الكهروضوئية الحالية تحقيق معدلات كفاءة تتراوح بين 15-22%، مع وجود أبحاث مستمرة تدفع هذا الرقم إلى الارتفاع.
• تركيب بسيط:على عكس أنظمة الطاقة الشمسية المركزة، لا تتطلب أنظمة الطاقة الكهروضوئية بنية تحتية معقدة مثل المرايا أو أجهزة التتبع، مما يجعلها أسهل في النشر على نطاق واسع.

المزايا:

• قابلة لل:يمكن نشرها بأحجام مختلفة، من صفوف صغيرة على السطح إلى مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة.
• فعاله من حيث التكلفه:على مدى العقد الماضي، انخفضت تكلفة الألواح الكهروضوئية بشكل كبيرمما يجعلها خيارًا مجديًا اقتصاديًا لتوليد الطاقة على نطاق واسع.
• مصدر ثقة:أنظمة الطاقة الكهروضوئية قوية وتتطلب صيانة منخفضة، ولها أعمار تشغيلية طويلة (عادة 25 سنة أو أكثر).

الطاقة الشمسية المركزة (CSP)

CSP تستخدم المرايا أو العدسات لتركيز ضوء الشمس على جهاز استقبال صغير عالي الكفاءة لتوليد الحرارة. ثم تُستخدم هذه الحرارة لإنتاج الكهرباء، عادةً من خلال توربين بخاري أو مولد حراري آخر.

أنواع تقنيات CSP:

• حوض ذو قطع مكافئ:تركز المرايا المنحنية ضوء الشمس على أنبوب استقبال مملوء بسائل يمتص الحرارة. يتم تسخين هذا السائل إلى درجات حرارة عالية واستخدامه لإنتاج البخار لتوليد الطاقة.
• برج الطاقة الشمسية (المستقبل المركزي):يركز حقل من المرايا (الهليوستات) ضوء الشمس على برج مركزي حيث يتم تسخين مادة تمتص الحرارة، مثل الملح المنصهر، لتوليد البخار.
• صحن ستيرلنغ:تركز مرآة الطبق المكافئ ضوء الشمس على جهاز استقبال، والذي يستخدم بعد ذلك محركات ستيرلينج لتوليد الكهرباء. تُستخدم هذه الطريقة عادةً في المشاريع الأصغر حجمًا ولكنها تتمتع بإمكانية التوسع.

كيف يعمل:

• امتصاص الحرارة:تركز المرايا أو العدسات ضوء الشمس على جهاز استقبال يمتص الحرارة المركزة.
• تخزين الطاقة الحرارية:تستخدم العديد من أنظمة الطاقة الشمسية المركزة الملح المنصهر أو مواد تخزين الحرارة الأخرى التي يمكنها تخزين الطاقة لساعات بعد غروب الشمس، مما يوفر طاقة موثوقة حتى عندما لا تكون الشمس مشرقة.
• توليد الطاقة:يتم استخدام الحرارة لتوليد البخار، الذي يحرك التوربين لإنتاج الكهرباء.

الميزات الرئيسية:

• التخزين الحراري:إن إحدى الفوائد الرئيسية لـ CSP هي قدرتها على تخزين الطاقة الحرارية، والتي يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء خلال الفترات التي لا يوجد فيها ضوء الشمس، مما يساعد على التغلب على التقطع.
• كفاءة أعلى:يمكن أن تحقق أنظمة الطاقة الشمسية المركزة كفاءة أعلى من أنظمة الطاقة الكهروضوئية في ظل الظروف المثالية، وخاصة عند دمجها مع حلول التخزين الحراري.
• النشر على نطاق واسع:تتطلب أنظمة الطاقة الشمسية المركزة مساحات شاسعة من الأرض من أجل تركيبها وهي الأنسب للمناطق ذات أشعة الشمس المباشرة العالية (مثل الصحاري).

المزايا:

• الطاقة القابلة للإرسال:بفضل القدرة على تخزين الحرارة، يمكن لمحطات الطاقة الشمسية المركزة إنتاج الكهرباء عند الطلب، حتى خلال الفترات الغائمة أو في الليل.
• كفاءة عالية:يمكن أن تكون الطاقة الشمسية المركزة أكثر كفاءة من الطاقة الكهروضوئية التقليدية، وخاصة في المناطق ذات أشعة الشمس القوية والإشعاع الشمسي العالي.
• تخزين على المدى الطويل:يمكن لأنظمة الطاقة الشمسية المركزة دمج تقنيات تخزين الطاقة (مثل الملح المنصهر) لتوفير الطاقة عندما لا يكون توليد الطاقة الشمسية متاحًا.

مقارنة بين الطاقة الشمسية والطاقة الشمسية المركزة:

اتفاقيات شراء الطاقة في مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق

تعد اتفاقيات شراء الطاقة عقودًا بالغة الأهمية في قطاع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق العامة. تسهل هذه الاتفاقيات بيع الكهرباء المولدة من مشاريع الطاقة الشمسية لشركات المرافق العامة أو المستهلكين الكبار. في الأساس، تحدد اتفاقية شراء الطاقة الشروط التي يتم بموجبها بيع الطاقة، مما يوفر الأمن المالي لكل من مطوري مشاريع الطاقة الشمسية والمشترين.

العلاقة بين الطاقة الشمسية على نطاق المرافق واتفاقيات شراء الطاقة

تتطلب مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق العامة في كثير من الأحيان استثمارًا رأسماليًا كبيرًا. ويعتمد المطورون على اتفاقيات شراء الطاقة لتأمين التمويل، حيث تضمن هذه الاتفاقيات تدفقًا ثابتًا للإيرادات لمدة محددة، تتراوح عادةً من 10 إلى 25 عامًا. وإليك كيفية عملها:

1. التسعير المضمون:تحدد اتفاقيات شراء الطاقة عادة سعرًا ثابتًا لكل كيلووات/ساعة من الطاقة المنتجة. وقد يكون هذا السعر جذابًا للمشترين، خاصة إذا كان أقل من أسعار السوق السائدة.

2. استقرار على المدى الطويل:بالنسبة للمطورين، فإن وجود اتفاقية شراء الطاقة يقلل من المخاطر المالية. ومن المرجح أن يدعم المستثمرون المشاريع التي لديها عقود ثابتة، مع العلم أن هناك مشتريًا للكهرباء المنتجة.

3. موثوقية الشبكة:تساعد اتفاقيات شراء الطاقة على دمج الطاقة المتجددة في الشبكة من خلال ضمان توفر الطاقة الشمسية أثناء أوقات ذروة الطلبوبالتالي تعزيز موثوقية الشبكة.

أنواع اتفاقيات شراء الطاقة

هناك عدة أنواع من اتفاقيات شراء الطاقة المستخدمة في قطاع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق، وكل منها يلبي احتياجات وظروف مختلفة:

1. اتفاقيات شراء الطاقة المادية:تتضمن هذه الاتفاقيات التسليم الفعلي للكهرباء من مشروع الطاقة الشمسية إلى المشتري. يتم تغذية الطاقة المولدة إلى الشبكة، ويحصل المشتري على رصيد مقابل الطاقة المستهلكة. اتفاقيات شراء الطاقة المادية شائعة بين شركات المرافق.

2. اتفاقيات شراء الطاقة الافتراضية أو المالية:على عكس اتفاقيات شراء الطاقة المادية، لا تتضمن اتفاقيات شراء الطاقة المالية التسليم الفعلي للكهرباء. بل إنها عبارة عن عقود مالية حيث يوافق المشتري على دفع سعر ثابت للطاقة المولدة. وغالبًا ما تستخدم الشركات هذا النوع من اتفاقيات شراء الطاقة التي تسعى إلى تعويض بصمتها الكربونية دون الحصول على الطاقة بشكل مباشر.

3. أغطية PPAs:تتضمن هذه الاتفاقيات طرفًا ثالثًا، عادةً شركة مرافق عامة، تقوم بـ"تغليف" الطاقة من مشروع الطاقة الشمسية للمشتري. تدير شركة المرافق العامة عملية توصيل الكهرباء بينما يحافظ المشتري على العلاقة المالية مع مطور الطاقة الشمسية.

4. اتفاقيات شراء الطاقة بالتجزئة:هذه اتفاقيات يتم إبرامها مباشرة بين مطور الطاقة الشمسية وشركة أو منظمة، مما يسمح للأخيرة بشراء الطاقة الشمسية بسعر محدد مسبقًا. غالبًا ما تكون اتفاقيات شراء الطاقة بالتجزئة جذابة للشركات التي تتطلع إلى تعزيز أوراق اعتمادها في مجال الاستدامة.

تكلفة الطاقة الشمسية على نطاق المرافق

وفقا لوزارة الخارجية الأمريكية تحديثات سوق تكنولوجيا الطاقة الشمسيةانخفضت تكلفة تركيب مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق بشكل كبير. اعتبارًا من عام 2021، بلغت تكلفة تركيبات الطاقة الشمسية على نطاق المرافق حوالي 3,500 دولار لكل ميغاواط مثبت. ويمثل هذا انخفاضًا بنسبة 90% تقريبًا منذ عام 2009، مما يجعل الطاقة الشمسية واحدة من أكثر مصادر توليد الكهرباء فعالية من حيث التكلفة.

شركات الطاقة الشمسية الرائدة في الولايات المتحدة

لقد شهدت سوق الطاقة الشمسية على نطاق المرافق في الولايات المتحدة نموًا سريعًا، حيث تقود العديد من الشركات الجهود في تطوير مشاريع الطاقة الشمسية الكبيرة. اعتبارًا من عام 2023، هناك أكثر من 100 شركة تعمل في مجال الطاقة الشمسية على نطاق المرافق، بدءًا من الشركات المتعددة الجنسيات الكبيرة إلى المطورين المتخصصين. فيما يلي نظرة على بعض اللاعبين الأكثر تمثيلاً في الصناعة:

1. موارد الطاقة في العصر التالي

تعد شركة NextEra Energy واحدة من أكبر شركات الطاقة المتجددة في العالم، ولديها محفظة كبيرة من مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق. وهي تدير العديد من مزارع الطاقة الشمسية في جميع أنحاء الولايات المتحدة وقامت باستثمارات كبيرة في تكنولوجيا الطاقة الشمسية.

2. فيرست سولار

تعتبر شركة First Solar من أبرز الشركات المصنعة والمطورة للألواح الشمسية ومشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق. وتركز الشركة على تقنية الأغشية الرقيقة، التي توفر مزايا فريدة من حيث الكفاءة والإنتاج.

3 قوة الشمس

تشتهر شركة SunPower بألواحها الشمسية عالية الكفاءة وتتمتع بحضور متزايد في سوق الطاقة الشمسية على نطاق المرافق. وهي تقدم حلولاً شاملة، من تطوير المشاريع إلى التمويل.

4. إنيل جرين باور

تعد شركة Enel Green Power رائدة عالميًا في مجال الطاقة المتجددة وتدير العديد من مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق في جميع أنحاء الولايات المتحدة. وتؤكد على الاستدامة والابتكار في مشاريعها الشمسية.

5. الكندية للطاقة الشمسية

على الرغم من أن مقرها يقع في كندا، فإن شركة Canadian Solar هي لاعب مهم في سوق الطاقة الشمسية على نطاق المرافق في الولايات المتحدة. فهي تعمل على تطوير مزارع شمسية كبيرة وتوريد وحدات الطاقة الشمسية لمشاريع مختلفة.

6. دومينيون للطاقة

تشتهر شركة Dominion Energy في المقام الأول بخدماتها الخدمية ولكنها توسعت في مجال الطاقة المتجددة، بما في ذلك العديد من مشاريع الطاقة الشمسية واسعة النطاق في جميع أنحاء جنوب شرق الولايات المتحدة

7. شركة سيبرس كريك للطاقة المتجددة

تتخصص شركة Cypress Creek في تطوير وتمويل وتشغيل مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق العامة. وتركز الشركة بشكل كبير على توسيع نطاق الوصول إلى الطاقة الشمسية عبر ولايات مختلفة.

مزايا الطاقة الشمسية على نطاق واسع

الفعالية من حيث التكلفة

إن إحدى أهم مزايا الطاقة الشمسية على نطاق المرافق العامة هي فعاليتها من حيث التكلفة. وكما ذكرنا سابقًا، انخفضت تكلفة الطاقة المستوية للطاقة الشمسية على نطاق المرافق العامة بشكل كبير، مما يجعلها قادرة على المنافسة مع الوقود الأحفوري التقليدي. وتترجم هذه التكلفة المنخفضة إلى أسعار كهرباء أرخص للمستهلكين والشركات، مما يوفر بديلاً قابلاً للتطبيق لمصادر الطاقة الأكثر تكلفة.

التوسعة

يمكن تطوير مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق العامة لتلبية احتياجات الطاقة المتنوعة. ويمكن أن تتراوح هذه المشاريع من بضعة ميغاواط إلى مئات الميغاواط، مما يسمح بقدرة كبيرة على توليد الطاقة. وتسهل هذه القدرة على التوسع التكيف مع الطلب المتزايد على الطاقة ويمكن تنفيذها على مراحل لتوزيع التكاليف بمرور الوقت.

فوائد بيئية

إن الطاقة الشمسية على نطاق واسع تقلل بشكل كبير من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري مقارنة بمحطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري. ومن خلال توليد الطاقة النظيفة، تساعد هذه المشاريع في مكافحة تغير المناخ والمساهمة في تنقية الهواء والمياه. وعلاوة على ذلك، فإن الطاقة الشمسية لها بصمة بيئية أصغر بكثير، وخاصة عند مقارنتها باستخراج الفحم أو الغاز الطبيعي.

خلق فرص العمل

يساهم نمو مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق في خلق فرص العمل في قطاعات مختلفة، بما في ذلك التصنيع والتركيب والصيانة. ووفقًا لتعداد الوظائف الشمسية الوطني لمؤسسة الطاقة الشمسية، كانت صناعة الطاقة الشمسية مصدرًا مهمًا لنمو فرص العمل، حيث وفرت آلاف الوظائف وعززت الاقتصادات المحلية.

استقلالية الطاقة

إن الاستثمار في الطاقة الشمسية على نطاق واسع من شأنه أن يعزز استقلالية المجتمعات والبلدان على حد سواء في مجال الطاقة. ومن خلال تسخير الموارد الشمسية المحلية، تستطيع الدول أن تقلل من اعتمادها على الوقود الأحفوري المستورد، وبالتالي تعزيز أمن الطاقة واستقرارها.

استقرار الشبكة وموثوقيتها

تساهم مشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق في استقرار الشبكة من خلال توفير مصدر طاقة ثابت وقابل للتنبؤ. ويمكن أيضًا إقران هذه المشاريع بأنظمة تخزين الطاقة، مما يسمح بتخزين الطاقة وإرسالها خلال أوقات الذروة. يمكن أن تساعد هذه القدرة في تقليل الضغط على الشبكة خلال فترات الطلب المرتفع.

الاستقرار المالي على المدى الطويل

توفر اتفاقيات شراء الطاقة استقرارًا ماليًا طويل الأجل لمشاريع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق، مما يضمن تسعيرًا ثابتًا للكهرباء على مدى فترات ممتدة. تسمح هذه القدرة على التنبؤ بالتخطيط المالي الأفضل للمرافق والمستهلكين على حد سواء، مما يقلل من التعرض لتقلبات السوق.

لماذا تعتبر الطاقة الشمسية على نطاق واسع هي مستقبل الطاقة النظيفة

بفضل قدرتها الكبيرة وتنوع أنواع المشاريع والفوائد الاقتصادية ــ مثل اتفاقيات شراء الطاقة وخفض التكاليف ــ تلعب الطاقة الشمسية على نطاق المرافق العامة دوراً حيوياً في التحول نحو مستقبل أنظف وأكثر اخضراراً. وهي تعمل بالفعل على تحويل إنتاج الطاقة، ليس فقط في الولايات المتحدة بل وأيضاً في مختلف أنحاء العالم، مع مشاريع كبرى تزود ملايين المنازل بالكهرباء. وسوف يساعد تبني هذه التكنولوجيا الآن في خلق مستقبل حيث تكون الطاقة النظيفة وفيرة وبأسعار معقولة ومتاحة للجميع.