محطة الطاقة الشمسية | التكلفة المُعدّلة للكهرباء لأنظمة الخلايا الكهروضوئية الأرضية: الأهمية والجدوى الاقتصادية مع مثال

أنظمة الخلايا الكهروضوئية في الحقول المفتوحة: هل الاستثمار فيها أكثر جدوى من أي وقت مضى؟

يُظهر متوسط ​​التكلفة المُعدّلة للكهرباء (LCOE) لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأرضية، والذي يتراوح بين 4.1 و 6.9 سنتات لكل كيلوواط ساعة، مدى تنافسية الطاقة الشمسية مقارنةً بمصادر الطاقة التقليدية. ولهذا التطور آثارٌ بعيدة المدى على قطاع الطاقة والجدوى الاقتصادية لمحطات الطاقة الشمسية.

ما هي التكلفة المعيارية للكهرباء (LCOE)؟

يشير مصطلح التكلفة المُعدّلة للكهرباء (LCOE) إلى متوسط ​​تكلفة توليد كيلوواط ساعة واحد (kWh) من الكهرباء على مدار العمر الافتراضي لمحطة توليد الطاقة. ويتيح هذا المقياس إجراء مقارنة مباشرة للتكاليف بين تقنيات توليد الطاقة المختلفة.

تشمل الحسابات ما يلي:

• تكاليف الاستثمار للشراء والتركيب
• تكاليف التشغيل والصيانة
• تكاليف التمويل
• تكاليف الوقود المحتملة
• تكاليف التفكيك في نهاية عمر الخدمة

الصيغة المبسطة هي: (القيمة الحالية للتكاليف الإجمالية على مدى العمر الافتراضي) / (القيمة الحالية لجميع الكهرباء المولدة على مدى العمر الافتراضي).

ذو صلة بهذا الموضوع:

• مقارنة تكاليف توليد الكهرباء: هل الطاقة النووية أغلى فعلاً من الطاقات المتجددة؟

مقارنة تكلفة أنظمة الخلايا الكهروضوئية في الحقول المفتوحة

بتكاليف توليد كهرباء تتراوح بين 4.1 و 6.9 سنتات لكل كيلوواط ساعة، تُعدّ أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأرضية حاليًا الشكل الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتوليد الكهرباء في ألمانيا. وللمقارنة، فإن تكاليف توليد الكهرباء من مصادر الطاقة الأخرى أعلى بكثير

• الليغنيت: من 15.1 إلى 25.7 سنتًا/كيلوواط ساعة
• الطاقة النووية: تصل إلى 49 سنتًا/كيلوواط ساعة

بل ويتوقع باحثو فراونهوفر أن هذه التكاليف قد تنخفض أكثر إلى 3.1 إلى 5.0 سنتات لكل كيلوواط ساعة بحلول عام 2045.

متى يصبح نظام الخلايا الكهروضوئية المثبت على الأرض مجدياً اقتصادياً؟

يُعتبر نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية مجديًا اقتصاديًا إذا تجاوزت الإيرادات من تعريفات التغذية والوفورات في تكاليف الكهرباء تكاليف الاستثمار والتشغيل. وتلعب عدة عوامل دورًا حاسمًا في الأنظمة الأرضية:

1. حجم المنطقة وأبعاد النظام

تزداد الربحية مع ازدياد حجم المحطة. يلجأ العديد من مطوري المشاريع إلى الاستثمار في مساحات لا تقل عن أربعة إلى خمسة هكتارات، حيث تبرز وفورات الحجم. مع ذلك، يمكن أن تكون المشاريع الأصغر حجماً مربحة أيضاً إذا أمكن استخدام الكهرباء المولدة في المنطقة المجاورة مباشرة.

2. الأجور والتسويق

تُقدم حاليًا نماذج التعويض التالية:

• الأنظمة التي تقل قدرتها عن 1000 كيلوواط ذروة: تعريفة تغذية ثابتة قدرها 7.00 سنتات لكل كيلوواط ساعة
• المنشآت التي تزيد قدرتها عن 1000 كيلوواط ذروة: المشاركة في إجراءات المناقصة بقيمة قصوى تبلغ 6.8 سنتات لكل كيلوواط ساعة لعام 2025

وتتزايد عمليات تشغيل المحطات بشكل اقتصادي خارج نطاق إعانات برنامج دعم الطاقة المتجددة (EEG) من خلال اتفاقيات شراء الطاقة (PPAs).

ذو صلة بهذا الموضوع:

• ما هي اتفاقيات شراء الطاقة (PPAs)؟ – التشغيل الاقتصادي لمحطات الطاقة المتجددة بدون تعريفات التغذية

3. فترة الاسترداد

تتراوح فترة الاستهلاك النموذجية لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بين 10 و 15 عامًا. بعد ذلك، يُعاد تمويل الاستثمار الأولي، ويحقق النظام أرباحًا طوال الفترة المتبقية من عمره الافتراضي التي تتراوح بين 20 و 30 عامًا.

4. تكافؤ الشبكة

يشير مصطلح "تكافؤ الشبكة" إلى النقطة التي تتساوى عندها تكلفة الطاقة الشمسية المولدة ذاتيًا مع تكلفة الكهرباء من الشبكة العامة أو تقل عنها. وقد تحقق هذا الحد في ألمانيا في وقت مبكر من عام 2012، مما حسّن بشكل جذري الجدوى الاقتصادية لأنظمة الطاقة الشمسية.

المزايا الاقتصادية الخاصة للمرافق ذات المساحات المفتوحة

توفر محطات الطاقة الشمسية الأرضية العديد من المزايا الاقتصادية مقارنة بمحطات الطاقة الشمسية المثبتة على أسطح المنازل:

1. انخفاض تكاليف الاستثمار: غالباً ما يكون التركيب في المناطق المفتوحة أسهل وأرخص من التركيب على الأسطح.
2. التوجيه الأمثل: يمكن توجيه أنظمة الحقول المفتوحة بشكل مثالي نحو الشمس، مما يؤدي إلى زيادة الإنتاجية.
3. وفورات الحجم: تستفيد المحطات الأكبر حجماً من انخفاض التكاليف لكل كيلوواط مُركّب.

تطوير التكاليف

انخفضت التكلفة الموحدة للكهرباء (LCOE) للخلايا الكهروضوئية بشكل كبير في السنوات الأخيرة - بنحو 90٪ بين عامي 2010 و 2020. ومن المرجح أن يستمر هذا الاتجاه، وإن كان بوتيرة أكثر اعتدالاً.

للمقارنة: تبلغ أسعار الكهرباء الحالية للمستهلكين النهائيين حوالي 26.1 سنتًا/كيلوواط ساعة للعملاء الجدد و34.7 سنتًا/كيلوواط ساعة للعملاء الحاليين. وهذا يوضح الفرق الكبير بين تكاليف الإنتاج وأسعار المستهلك النهائي.

اقتصادية ومستدامة: لماذا تُعدّ محطات الطاقة الشمسية على الأراضي المفتوحة مقنعة للغاية؟

مع انخفاض تكاليف توليد الكهرباء إلى ما بين 4.1 و 6.9 سنتات لكل كيلوواط ساعة، تجاوزت أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأرضية منذ فترة طويلة عتبة الجدوى الاقتصادية. فهي لا تمثل فقط الشكل الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتوليد الكهرباء، بل توفر أيضًا فرصًا استثمارية جذابة مع فترات استرداد معقولة. إن الجمع بين انخفاض تكاليف التوليد، وارتفاع أسعار الكهرباء في السوق على المدى الطويل، وخيارات التسويق المتنوعة، يجعل من الأنظمة الأرضية استثمارًا مجديًا اقتصاديًا، سواءً لمطوري المشاريع المحترفين أو للبلديات والشركات الزراعية التي تمتلك الموارد الأرضية اللازمة.

أنظمة الخلايا الكهروضوئية في الحقول المفتوحة: مثال على إمكانات الأداء على مساحة 4-5 هكتارات

تُعدّ كفاءة المساحة معيارًا أساسيًا في تخطيط أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأرضية. وبحسب التكوين التقني وظروف الموقع، يُمكن تحقيق متوسط ​​قدرة مركّبة يتراوح بين 3.6 و7 ميغاواط على مساحة تتراوح بين 4 و5 هكتارات. ويعود هذا النطاق إلى العوامل التالية:

نسبة أداء المنطقة

تُنتج محطات الطاقة الشمسية الحديثة في الحقول المفتوحة ما بين 0.9 و1.4 ميغاواط لكل هكتار. وتعتمد هذه القيمة على:

• التكنولوجيا المعيارية: تعمل الوحدات عالية الأداء ذات الكفاءة التي تتجاوز 22٪ على تقليل المساحة المطلوبة.
• نظام التركيب: تعمل أنظمة التوجيه شرق-غرب أو أنظمة التتبع على زيادة استخدام المساحة بنسبة تصل إلى 25٪.
• تباعد الصفوف: المسافات الأكبر بين صفوف الوحدات (لتقليل التظليل) تقلل من كثافة الطاقة، ولكنها في الوقت نفسه تمكن من استخدام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الزراعية.

المساحة والإنتاج: اعتمادًا على التكنولوجيا والإعدادات المستخدمة، يمكن توليد ما بين 0.9 و 1.4 ميغاواط من الطاقة لكل هكتار من الأرض (وهو ما يعادل تقريبًا مساحة ملعب ونصف لكرة القدم) باستخدام الطاقة الشمسية.

ما الذي يؤثر على إنتاجية الهكتار الواحد؟

• تكنولوجيا الألواح الشمسية: تتطلب الألواح الشمسية الأكثر كفاءة مساحة أقل.
• ترتيب الوحدات الشمسية: تضمن التوجيهات الخاصة أو الأنظمة التي تتبع الشمس إمكانية توليد المزيد من الكهرباء.
• المسافة بين صفوف الوحدات: إذا كانت الألواح الشمسية متباعدة أكثر، فسيتم توليد كهرباء أقل لكل وحدة مساحة، ولكن يمكن استخدام هذه المساحة لأغراض أخرى، على سبيل المثال للزراعة (الزراعة الكهروضوئية).

مثال على الحساب:

• إذا استخدمت 4 هكتارات من الأرض وافترضت أنك تولد في المتوسط ​​1.1 ميغاواط لكل هكتار، فإن هذا ينتج عنه إجمالي 4.4 ميغاواط.
• إذا كانت الظروف مثالية ويمكن تحقيق 1.4 ميغاواط لكل هكتار، فمن الممكن توليد 7 ميغاواط على مساحة 5 هكتارات.

لمساحة 4 هكتارات في ظل الظروف القياسية:

• إنتاج الطاقة = المساحة (بالهكتار) × إنتاج الطاقة لكل هكتار (ميغاواط/هكتار)
  ↪ إنتاج الطاقة = 4 هكتارات × 1.1 ميغاواط/هكتار = 4.4 ميغاواط

لمساحة 5 هكتارات في ظل الظروف المثلى:

• إنتاج الطاقة = المساحة (بالهكتار) × إنتاج الطاقة لكل هكتار (ميغاواط/هكتار)
  ↪ إنتاج الطاقة = 5 هكتارات × 1.4 ميغاواط/هكتار = 7 ميغاواط

باختصار: كفاءة أعلى وتقنية أفضل = إنتاج المزيد من الكهرباء على نفس المساحة. يمكن لأربعة هكتارات أن تولد ما يقارب 4.4 ميغاواط، أو حتى أكثر في الظروف المثالية.

أمثلة عملية وقيود

• تتطلب محطة نموذجية بقدرة 5 ميغاواط مساحة تقارب 4.5 هكتار عند استخدام هياكل تركيب قياسية.
• في شمال الراين وستفاليا، تم تنفيذ 2023 محطة بقدرة 1.35 ميجاوات/هكتار من خلال الجمع بين الوحدات ثنائية الوجه والتباعد الأمثل بين الصفوف.
• غالباً ما تعمل قدرات ربط الشبكة كعامل محدد: محطة توليد طاقة بقدرة 7 ميجاوات تتطلب وصلة جهد متوسط ​​20 كيلو فولت، والتي يجب التحقق من توافرها مسبقاً.

الظروف الإطارية الاقتصادية

تتراوح تكاليف الاستثمار الحالية بين 600 و900 يورو لكل كيلوواط ذروة، أي ما يعادل 3 إلى 4.5 مليون يورو لنظام بقدرة 5 ميغاواط. وبوجود ما بين 950 و1100 ساعة تشغيل بكامل طاقتها سنوياً في ألمانيا، ينتج عن ذلك عائد سنوي قدره:

5 ميغاواط × 1050 ساعة = 5250 ميغاواط ساعة

بسعر كهرباء يبلغ 6.8 سنت/كيلوواط ساعة (قيمة مناقصة EEG لعام 2025)، فإن هذا يولد إيرادات سنوية قدرها 357,000 يورو، مما يسمح بفترة استهلاك تتراوح بين 9 و12 عامًا.

الإمكانيات المستقبلية

مع إدخال وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية المزدوجة (كفاءة >30٪)، يمكن أن تزداد كثافة الطاقة إلى 2 ميجاوات/هكتار بحلول عام 2030، مما يجعل من الممكن تحقيق ما يصل إلى 10 ميجاوات على مساحة 5 هكتارات.

ذو صلة بهذا الموضوع:

• ما هي المساحة التي تحتاجها الشمس؟ ما هي المساحة الدنيا التي تحتاجها محطة الطاقة الشمسية لتشغيلها بشكل اقتصادي؟
• منذ عام 2020: الإنجاز: محطات الطاقة الشمسية مربحة بدون دعم حكومي

حلٌّ مبتكر للطاقة الشمسية الكهروضوئية لخفض التكاليف وتوفير الوقت - الصورة: Xpert.Digital

للمزيد من المعلومات، انقر هنا:

• حلول الطاقة الشمسية الكهروضوئية لتقليل الجهد والنفقات

من الألواح الكهروضوئية الصناعية على أسطح المباني إلى الحدائق الشمسية ومواقف السيارات الشمسية الأكبر حجماً

☑️ لغة أعمالنا هي الإنجليزية أو الألمانية

☑️ جديد: مراسلات بلغتك الأم!

Konrad Wolfenstein

يسعدني أنا وفريقي أن نكون متاحين لكم بصفتنا مستشاركم الشخصي.

يمكنكم التواصل معي عبر ملء نموذج الاتصال هنا مباشرةً الاتصال بي +49 7348 4088 965. عنوان بريدي الإلكتروني هو [email protected]:أو

أتطلع إلى مشروعنا المشترك.

☑️ خدمات EPC (الهندسة والمشتريات والإنشاء)

☑️ تطوير المشاريع المتكاملة: تطوير مشاريع الطاقة الشمسية من البداية إلى النهاية

☑️ تحليل الموقع، تصميم النظام، التركيب، التشغيل، الصيانة والدعم

☑️ ممول المشروع أو وسيط مقدمي رأس المال