مطالعات حاضر نشان می‌دهد برخلاف تصور گسترده حاکم در صنعت  انرژی الکتریکی خورشیدی، انواع جدید سلول پنل‌های خورشیدی،لزوماً نباید  ۲۵ تا ۳۰ سال عمر مصرف داشته باشند بلکه با طول عمر مصرف اولیه حداقل ۱۰ ساله، حتی برای راه اندازی در مقیاس شبکه می تواند صرفه اقتصادی به همراه داشته باشند  از این رو درهای […]

مطالعات حاضر نشان می‌دهد برخلاف تصور گسترده حاکم در صنعت  انرژی الکتریکی خورشیدی، انواع جدید سلول پنل‌های خورشیدی،لزوماً نباید  ۲۵ تا ۳۰ سال عمر مصرف داشته باشند بلکه با طول عمر مصرف اولیه حداقل ۱۰ ساله، حتی برای راه اندازی در مقیاس شبکه می تواند صرفه اقتصادی به همراه داشته باشند  از این رو درهای نویدبخشی برای فناوری‌های جدید فتوولتائیک خورشیدی که  اکنون دارای بهره ­برداری گسترده نیستند، باز خواهد شد.

در یافته­ های جدید به ثبت رسیده طی مقاله مورد بررسی در ژورنال “ژول”[۱] توسط جوئل ژان[۲])معاون سابق ام آی تی[۳] و مدیرعامل شرکت استارت آپ  سویفت سولار[۴](،  ولادیمیر بولوویچ[۵] (استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر و مدیر ام آی تی نانو[۶]) و مایکل وودهاوس[۷] (عضو آزمایشگاه ملی انرژی تجدیدپذیر امریکا[۸] (شرح داده شده است: ” افراد متخصص حوزه خورشیدی معتقدند که هر پنل جاذب انرژی خورشیدی باید ۲۵ سال دوره مصرف داشته باشد و چنانچه پنل هایی با فناوری جدید اما با بازه مصرفی ۱۰ ساله  در بازار عرضه گردد، نظر مشتریان جلب نخواهد شد”.

روند تحقیقات صورت‌گرفته نشان می‌دهد که  تکنولوژی های پانل های خورشیدی همراه با پیشرفت قابل توجهی بوده و این پیشرفت برای سالهای بعد ادامه خواهد داشت. بطوریکه در سال های آغازین این فناوری، سلول خورشیدی پروسکایت[۹]، راندمانی در حدود چند درصد داشت اما با گذشت زمان و پیشرفت های حاصل شده راندمان آن از ۲۵٪ نیز فراتر رفته است. این در حالی است که بطور میانگین راندمان سلول های سیلیکونی  ۲۷ درصد و راندمان مدول­های سیلیکونی استاندارد در حدود ۲۰ درصد است. همچنین در طراحی پنل های جدید خورشیدی ، یک سلول خورشیدی پروسکایت می تواند در بالای سلول دیگری از جنس پروسکایت ، سیلیکون یا سلول خورشیدی فیلم نازک (TFSC) [10] قرار گیرد تا حداکثر حد کارایی قابل دستیابی را به بیش از ۴۰٪ برساند ، که بسیار بالاتر از حد اساسی ۳۰٪ است. اما سلول خورشیدی پروسکایت دارای نقطه ضعف در طول عمر کارکرد هستند و هنوز مشخص نشده که می توانند به استاندارد ۲۵ ساله نزدیک شوند.

پژوهشگران این صنعت  بر این باورند که همین امر یک مانع بزرگ در پیشرفت این تکنولوژی خواهد بود چراکه در عین حال که نمی­توان طی یک دوره یک ساله یا ۲ ساله حتی ۱۰ ساله، عمکرد مطلوب ۲۵ ساله یک مجموعه ثابت گردد، گسترش این پیش فرض، بسیاری از فناوری‌های نویدبخش جدید را در حاشیه باقی خواهد گذاشت.

هدف از تحقیق حاضر آگاهی دادن به پژوهشگران در این زمینه است که نوآوری و اختراعات خورشیدی جدید ، باید از لحاظ قیمت و راندمان بهتر و با سیستم های در حال بهره برداری سازگار بوده ، حتی اگر دوره عمر مصرفی آنها نسبتا کوتاه تر از فناوری­های رایج باشد تا پانل های جدید باید با سرعت بیشتر از آنچه انتظار می رود بکار گرفته شوند و سرمایه گذاران این صنعت نیز  باید توجه داشته باشند که به طور دوره ای می توان پنل ها را با موارد جدیدتر و کارآمدتر جایگزین کرد و با بهره گیری پیوسته از آخرین  فن­آوری های پنل های خورشیدی سود بیشتری حاصل گردد.

در این خصوص بایستی در نظر داشت که در نهایت آنچه مصرف کننده سیستم انرژی الکتریکی خورشیدی به آن اهمیت می‌دهند، هزینه پانل­های خورشیدی نیست؛ بلکه قیمت تمام شده برق در هر کیلووات­­­-ساعت  طی طول عمر مفید سیستم است که شامل هزینه های  پانل‌ها، اینورترها ، سیم کشی، نصب و راه اندازی، اتصال شبکه و هزینه های نگهداری مجموعه می­باشد و یکی از دلایل اقتصادی­تر شدن صنعت برق خورشیدی نسبت به گذشته ، هزینه تمام شده پانل‌های جاذب خورشیدی می باشد که با پیشرفت­های صورت گرفته کاهش قابل توجهی داشته ، به گونه‌ای که اکنون هزینه BOS[11]  سیستم (کلیه مؤلفه های یک سیستم فتوولتائیک به غیر از پانل های فتوولتائیک مانند اینورترهای خورشیدی ، باتری ها و شارژر کنترلر  و…) از پانل‌ها فراتر رفته است.

این مهم بدین معنی می باشد که  تا زمانی که پنل های خورشیدی جدید از نظر سیستم الکتریکی و فیزیکی جهت نصب بر روی استراکچر­های مدر حال بهره برداری در فضای تاسیسات خورشیدی و اتصال به مدار برقی موجود سازگار باشند ، می توان با استفاده مجدد از BOS سیستم و تعویض تنها پنل­ها سیستمی کارامد تر در دسترس قرار گیرد.

در راستای تحلیل مسئله حاضر، توسط محققین سیستم های انرژی الکتریکی خورشیدی در  سه ظرفیت با در نظر داشتن معیارهای تعریف شده در “مرکز آزمایشگاه ملی انرژی تجدیدپذیر آمریکا” جهت میزان توسعه، میزان سرمایه­گذاری وشرایط  دفع و بازیافت و همچنین جهت بررسی اقتصادی از معیار” هزینه همتراز شده” بررسی شد که به شرح ذیل می باشد:

الف) یک سیستم ۶ کیلو واتی

ب) یک سیستم تجاری ۲۰۰ کیلو واتی

ج) یک سیستم بزرگ ۱۰۰ مگاواتی همراه مجهز به ردیابی اشعه خورشید

همچنین در روند تحلیل هریک از سه مقیاس بهره برداری از پنل های خورشیدی ، شروط هزینه تولید  به ازای هر وات برق کمتر از ۳۰ سنت، عمر مفید حداقل ۱۰ ساله و بازدهی حداقل ۲۰ درصدی در پنل های مورد بررسی در نظر گرفته شد که نتایج حاصل از پزوهش حاضر  طی نمودار های ذیل ارائه می گردد:

بررسی جایگزینی پنل ها در سیستم های برق خورشیدی (پنل های سیلیکونی رایج  و پنل های نسل جدید)

این نمودار  خروجی سالانه در انواع پنل طی هر دو استراتژی را نشان می‌دهد. بر این اساس در منحنی‌های بالا:  با گذشت ۳۰ سال، خروجی هر دو سیستم با فرسودگی پانل‌های خورشیدی کاهش می‌یابد. منحنی‌های پایین: هنگامی که ماژول بعد از ۱۵ سال تعویض شود، خروجی هر دو سیستم افزایش می‌یابد، برق خروجی در پنل های نسل جدید بالاتر از برق خروجی از پنل رایج سیلیکون قرار دارد.

در ادامه با ارائه نمودار میله ای ذیل پارامتر” هزینه همتراز شده” (LCOE) [12] تولید برق به ازای هر کیلو وات ساعت مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

 

هزینه‌ی همترازشده شامل هزینه‌های سرمایه‌گذاری یا اولیه، هزینه ­های تعمیر و نگهداری، هزینه‌های سوخت و هزینه­ اثرات خارجی بوده و به عنوان مقبول ترین روش اقتصادی برای مقایسه بین انواع فناوری­های تولید برق استفاده می گردد.

در تصویر فوق نمودار زرد رنگ متعلق به پنل­های سیلیکونی است که نشان داده می شود، در صورت تعویض یا عدم تعویض ماژول،” هزینه همتراز شده”  در آن تقریباً یکسان است و نمودارهای آبی متعلق به پنل های نسل جدید خورشیدی است که در صورت عدم تعویض ماژول، ” هزینه همتراز شده” در آن  بیشتر از  سیستم سیلیکونی است.

بر اساس تحلیل فوق، با توجه به شرایط اقلیم مورد بهره برداری ، جایگزین نمودن پنل های نسل جدید  در سیستم خورشیدی مورد بهره برداری، طی بازه زمانی ۱۰ الی ۱۵ سال امکان صرفه اقتصادی سیستم را فراهم می­سازد.

فن­اوری های خورشیدی که امروزه به عنوان استاندارد در نظر گرفته می­شوند ، اکثراً مبتنی بر نوع سیلیکون و یا انواع جاذب های فیلم نازک همچون تلورید کادمیوم بوده که طی سال های اولیه ارائه دوره مصرفی محدودتر داشته و با پیشرفت و توسعه های انجام شده امروزه طول عمر مصرف( ۲۵ تا ۳۰) را در اختیار می­گذراند. اما بایستی توجه داشت بیشتر هزینه ها سایر ادوات سیستم های مجموعه اختصاص می­یابد بنابراین اگر به جای داشتن یک مجموعه برق خورشیدی که نصب و بعد از ۳۰ سال همه ادوات جایگزین خواهد شد­، پنل­ها در یک دوره زمانی کوتاه تر جایگزین و سایر ادوات سیستم مورد استفاده قرار گیرد، می توان از طیف وسیعی از پانل­ها با راندمان بالاتر که در سرتاسر دنیا در حال توسعه  می باشند بهره برد که بر اساس پژوهش حاضر سود اقتصادی بیشتر حاصل می­گردد.

نتیجه این پژوهش می تواند موجب توسعه و بسط فناوری­هایی نوین خورشیدی گردد که به دلیل تکیه بر فرضیه “ضرروت طول عمر پنل های خورشیدی” مورد سرمایه گذاری و بهره برداری وسیع قرار نگرفتند.

[۱]– Joule

[۲] – Joel Jean

[۳]– MIT

[۴] – Swift Solar

[۵] – Vladimir Bulovic

[۶] – MIT nano

[۷] Michael Woodhouse

[۸] National Renewable Energy Laboratory

[۹] – Perovskite solar cell

[۱۰] – Thin-film solar cell

[۱۱] – Balance of System

[۱۲]– Levelized Cost Of Electricity

مركز پايش تحولات انرژی جهان

  • نویسنده : سیف دلیل صفائی