ما هي المساحة التي تحتاجها الشمس؟ ما هي المساحة الدنيا اللازمة لتشغيل محطة الطاقة الشمسية بكفاءة اقتصادية؟ – صورة إبداعية: Xpert.Digital
ما هو الحجم المطلوب لمحطة الطاقة الشمسية؟ الحد الأدنى للمساحة والعوامل الرئيسية في لمحة سريعة
من المساحة إلى الكفاءة: كيفية تخطيط محطة الطاقة الشمسية المثالية
محطة الطاقة الشمسية هي نظام كهروضوئي واسع النطاق مصمم لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية وتغذية الشبكة العامة بها. وتعتمد مسألة الحد الأدنى للمساحة المطلوبة لتشغيل محطة الطاقة الشمسية بشكل مجدٍ اقتصاديًا على مجموعة متنوعة من العوامل، بما في ذلك الجوانب التقنية والاقتصادية والجغرافية. ولن يقتصر النقاش التالي على دراسة الحد الأدنى للمساحة فحسب، بل سيتناول أيضًا الشروط الإطارية المهمة الأخرى التي تُعدّ أساسية لتخطيط وتشغيل مثل هذه الأنظمة.
الحد الأدنى للمساحة اللازمة لإنشاء محطات الطاقة الشمسية
تُحدد المساحة الدنيا المطلوبة لإنشاء محطة طاقة شمسية بشكل أساسي بناءً على القدرة المركبة (المقاسة بالكيلوواط الذروة، kWp، أو الميغاواط الذروة، MWp) وكفاءة الألواح الشمسية. تتطلب أنظمة الخلايا الكهروضوئية الحديثة ما يقارب 1.5 هكتار لكل ميغاواط من القدرة المركبة. هذا يعني أن الحد الأدنى للمساحة اللازمة لتشغيل نظام بقدرة 750 كيلوواط ذروة بكفاءة اقتصادية هو هكتار واحد (10,000 متر مربع). أما الأنظمة الأصغر من ذلك، فغالباً ما تكون غير مربحة، نظراً لتكاليفها الثابتة، مثل تكاليف الربط بالشبكة والصيانة، بغض النظر عن حجمها.
بالنسبة للمشاريع الكبيرة، تُعتبر مساحة لا تقل عن هكتارين (20,000 متر مربع) مجدية اقتصاديًا في أغلب الأحيان. يتيح هذا الحجم توزيعًا أفضل لتكاليف ربط الشبكة الكهربائية وعوائد أعلى. كما يستفيد المشغلون من وفورات الحجم عند استخدام مساحة 5 هكتارات (50,000 متر مربع)، مما يزيد الربحية بشكل أكبر.
المساحة المطلوبة لكل وحدة طاقة
تعتمد مساحة الأرض المطلوبة لإنشاء محطة طاقة شمسية بشكل كبير على كفاءة الألواح الشمسية وترتيبها. وبفضل التطورات التكنولوجية، تحسنت كفاءة الألواح الشمسية الحديثة بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة. فبينما كانت المحطات القديمة تتطلب ما يصل إلى 3.5 هكتار لكل ميغاواط، فإن المساحة المطلوبة اليوم تبلغ حوالي 1.5 هكتار لكل ميغاواط. وهذا يعني أن مساحة 10 هكتارات يمكن أن تستوعب قدرة مركبة تتراوح بين 6 و7 ميغاواط تقريبًا.
ومع ذلك، فإن متطلبات الأرض المحددة تختلف باختلاف ظروف الموقع ونوع النبات:
- المنشآت في الحقول المفتوحة: تستخدم هذه المنشآت مساحات كبيرة بكفاءة، وغالبًا ما تحقق متطلبات أرضية أقل لكل ميغاواط.
- الزراعة الكهروضوئية: في هذا النوع من الطاقة، تُستخدم الأرض لتوليد الكهرباء ولأغراض زراعية. وقد تكون مساحة الأرض المطلوبة لكل ميغاواط أعلى، نظراً لتركيب الوحدات الكهروضوئية على مسافات أبعد.
- تركيبات الأسقف أو الواجهات: لا تتطلب هذه التركيبات أي مساحة أرضية إضافية، وبالتالي فهي موفرة للمساحة بشكل خاص.
العائد والربحية
تعتمد ربحية محطة الطاقة الشمسية بشكل كبير على إنتاجها من الكهرباء. فبحسب كمية أشعة الشمس، يمكن لهكتار واحد من محطة الطاقة الشمسية أن يُنتج ما يقارب مليون كيلوواط/ساعة من الكهرباء سنويًا. وبافتراض تعريفة تغذية تبلغ، على سبيل المثال، 6 سنتات لكل كيلوواط/ساعة، فإن هذا يُعادل عائدًا سنويًا يبلغ حوالي 60 ألف يورو للهكتار الواحد.
ومع ذلك، فإن الربحية لا تتحدد فقط بالعائد، بل أيضاً بتكاليف الاستثمار والتشغيل:
- تكاليف الاستثمار: تشمل هذه التكاليف وحدات الطاقة الشمسية، والمحولات، وأنظمة التركيب، والربط بالشبكة. وتقل تكلفة الوحدة الواحدة مع زيادة حجم النظام.
- تكاليف التشغيل: وتشمل هذه التكاليف صيانة وتنظيف وتأمين المنشأة بالإضافة إلى تكاليف استئجار الأرض.
غالباً ما تكون محطات الطاقة الكبيرة أكثر اقتصادية من المشاريع الصغيرة، لأنها تستطيع توزيع التكاليف الثابتة، مثل رسوم ربط الشبكة، على إنتاج أكبر من الكهرباء. علاوة على ذلك، تستفيد المشاريع الكبيرة عادةً من انخفاض أسعار شراء المكونات.
شروط الموقع
يُعد اختيار الموقع عاملاً حاسماً في نجاح محطة الطاقة الشمسية. ومن العوامل المهمة ما يلي:
- الإشعاع الشمسي: المناطق ذات الإشعاع الشمسي العالي تُمكّن من إنتاج كميات أكبر من الكهرباء، وبالتالي تحسين الكفاءة الاقتصادية.
- جودة التربة: تعتبر المناطق ذات الإنتاجية الزراعية المنخفضة أو الأراضي البور مناسبة بشكل خاص لمحطات الطاقة الشمسية.
- الربط بالشبكة: إن القرب من محطة فرعية أو نقطة ربط مناسبة بالشبكة يقلل بشكل كبير من تكاليف الربط.
- التضاريس: تعتبر الأسطح المستوية أو المنحدرة قليلاً مثالية، لأنها تسمح بالمحاذاة المثلى للوحدات.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن لبرامج التمويل الإقليمية أو الأطر القانونية أن تؤثر على اختيار الموقع.
التمويل والإطار القانوني
تُقدم العديد من الدول برامج تمويلية للطاقات المتجددة تدعم إنشاء محطات الطاقة الشمسية. ففي ألمانيا، على سبيل المثال، يستفيد المشغلون من تعريفات التغذية أو إجراءات المناقصات بموجب قانون مصادر الطاقة المتجددة. ويُشجع بشكل خاص إنشاء هذه المحطات في المواقع الصناعية المهجورة (مثل المناطق الصناعية أو العسكرية السابقة) وعلى الأراضي الزراعية غير المستغلة.
يمكن لهذه الإعانات أن تساعد في جعل المشاريع الصغيرة مجدية اقتصادياً. وفي الوقت نفسه، فإنها تشجع على استخدام الأراضي التي كانت ستبقى غير مستغلة لولاها.
النزاعات المتعلقة باستخدام الأراضي والجوانب البيئية
من الجوانب المهمة في تخطيط محطة الطاقة الشمسية تجنب التعارض مع استخدامات الأراضي الأخرى، كالزراعة أو حماية الطبيعة. ولذلك، يُفضّل عادةً ما يلي:
- مواقع الأراضي الملوثة
- مناطق التحويل
- المناطق ذات الإنتاجية الزراعية المنخفضة
من المزايا الأخرى لمحطات الطاقة الشمسية الحديثة توافقها مع البيئة. فعلى سبيل المثال، يمكن إنشاء مساحات واسعة من المراعي أسفل الألواح الشمسية، مما يوفر موطناً للحشرات والحيوانات الصغيرة. علاوة على ذلك، يمكن لأنظمة الطاقة الشمسية الزراعية أن تساهم في إنتاج الطاقة والغذاء معاً على نفس الأرض.
تقليل متطلبات المساحة بشكل أكبر واستكشاف إمكانيات استخدام جديدة
مع التوسع المستمر في استخدام الطاقات المتجددة، من المتوقع أن تلعب محطات الطاقة الشمسية دورًا أكثر أهمية في المستقبل. ويمكن للابتكارات التكنولوجية أن تقلل من مساحة الأراضي المطلوبة وتفتح آفاقًا جديدة للاستخدام
- الوحدات ثنائية الوجه: تستخدم هذه الوحدات كلاً من ضوء الشمس المباشر والضوء المنعكس من الأرض، مما يمكن أن يزيد من الإنتاجية.
- الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة: محطات الطاقة الشمسية العائمة على المسطحات المائية تتجنب تمامًا النزاعات المتعلقة باستخدام الأراضي.
- تقنيات التخزين: إن دمج أنظمة تخزين البطاريات يجعل من الممكن تخزين الكهرباء الزائدة مؤقتًا وتغذيتها في الشبكة حسب الحاجة.
بشكل عام، من الواضح أن محطات الطاقة الشمسية لا يمكنها فقط أن تساهم بشكل كبير في التحول الطاقي، ولكنها أيضًا جذابة اقتصاديًا - بشرط أن يتم التخطيط لها بعناية وبناؤها في مواقع مناسبة.
وفورات الحجم وخيارات تخصيص التكاليف الأفضل
يتطلب إنشاء محطة طاقة شمسية مساحة لا تقل عن هكتار إلى هكتارين من الأرض لضمان التشغيل الاقتصادي. أما المحطات الأكبر حجماً، والتي تبدأ مساحتها من حوالي 5 هكتارات، فهي أكثر ربحية بشكل ملحوظ بفضل وفورات الحجم وفرص تقاسم التكاليف الأفضل. وإلى جانب المساحة، تلعب ظروف الموقع، مثل الإشعاع الشمسي وجودة التربة والقرب من شبكة الكهرباء، دوراً حاسماً في الجدوى الاقتصادية للمشروع.
ساهمت التقنيات الحديثة بشكل كبير في تقليص مساحة الأرض المطلوبة لكل ميغاواط في السنوات الأخيرة، مما أتاح فرصًا جديدة للاستخدام الأمثل للأراضي، سواءً من خلال الزراعة الكهروضوئية أو محطات الطاقة الشمسية العائمة. وبفضل التصميم الأمثل، لا يمكن لمحطات الطاقة الشمسية أن تساهم بشكل فعّال في التحول الطاقي فحسب، بل يمكن أيضًا تصميمها بطريقة صديقة للبيئة.
مناسب ل: