انرژی خورشیدی در مسیر توسعه
ندا علم الهدی
کارشناس ارشد پژوهشی موسسه مطالعات بین‌المللی انرژی
به گزارش تاسیسات نیوز، رشد جوامع صنعتی و نیاز روز افزون به انرژی از یک سو و محدودیت و پراکندگی نایکسان منابع فسیلی (نفت، گاز، زغال سنگ) انرژی در جهان از سوی دیگر، همگام با نگرانی‌های زیست محیطی ناشی از مصرف بیش از حد انرژیهای فسیلی از قبیل آثار گازهای گلخانه‌ای حاصل از احتراق سوخت، سبب شده است تا بشر به فکر انرژیهای جایگزین باشد که مهمترین ویژگی این جایگزینی، پاکی، در دسترس بودن و تجدیدپذیر بودن است.
از این رو انرژیهای حاصل از باد، خورشید، زیست توده، زمین گرمایی و همچنین آب (برق آبی یا امواج دریا) در راس برنامه‌ریز‌ی‌های بشر برای انرژیهای جایگزین قرار گرفته است.
از سوی دیگر، امکان کسب ارزش افزوده از منابعی چون گاز طبیعی، جوامع صنعتی را به این فکر واداشته است که از این ماده برای مصارف با ارزش افزوده بالاتر نسبت به سوزاندن آن در آینده استفاده کنند؛ از این رو سیستم‌های جدید انرژی باید متکی به تغییرات ساختاری و بنیادی باشند که در آن منابع انرژی بدون کربن نظیر انرژی خورشیدی و بادی و زمین گرمایی و کربن خنثی مانند بیومس مورد استفاده قرارگیرند. پیش‌بینی میشود سهم انرژیهای نو در تامین نیاز بشر، طی دهه‌های آینده افزایش یابد، به طوری که بنابر برآورد آژانس بین‌المللی انرژی (EIA ) در سال ٢٠٣٠ حداقل ١١,٤ درصد از تولید انرژی اولیه جهان از طریق انرژیهای باد، زمین گرمایی، خورشید و زیست توده تامین خواهد شد.
عرضه انرژیهای تجدیدپذیر در سال‌های اخیر همواره در حال افزایش است.
سرمایه‌گذاری‌های بسیاری در طول سال‌ها برای پیشرفت فناوری صورت گرفته است که بر هزینه تولید انرژیهای تجدیدپذیر بسیار مؤثر بوده است. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که تنها تعدادی از کشورها هستند که تولید انرژی از انرژیهای تجدیدپذیر آنها تا سال ٢٠١٧ به بیش از ١٠٠ مگاوات خواهد رسید.
با توجه به اثرات جانبی منفی و برگشت‌ناپذیر تولید انرژیهای فسیلی و ضروری است به ارتقا و توسعه انرژیهای تجدیدپذیر در آینده توجه شو.د فناوری تولید این‌گونه انرژی‌ها به مراتب بالاتر از هزینه تولید انرژیهای معمولی است، اثرات جانبی مانند اثرات زیست محیطی و اجتماعی این‌گونه هزینه‌ها را پوشش می‌دهد. همچنین باید توجه داشت که اقتصاد مقیاس می‌تواند نقش کلیدی در کاهش هزینه تولید هر واحد انرژی بازی کند.
در طول دو دهه گذشته، با امکان سنجی‌های اقتصادی محققان در بخش‌های مختلف خانگی، تجاری و صنعتی، کشورهای صنعتی از جمله ژاپن و آلمان به دنبال منابع جایگزین انرژی مانند انرژیهای خورشیدی برای تولید برق هستند که روی آوردن به این نوع انرژی به دلیل در دسترس بودن و منبع انرژی طبیعی است.
در اوایل دهه ١٩٩٠ ژاپن استفاده از انرژی فتوولتاییک برای تولید برق را آغاز کرد و بعد از آن آلمان پیشرو این موضوع بود. اخیرا چین نیز به دنبال توسعه ظرفیت انرژی خورشیدی و به دنبال آن کاهش هزینه‌های تولید برق است. افزون بر کاهش هزینه‌های تولید برق، افزایش و پیشرفت بهره‌وری نیز، از دیگر وجوه مهم این بحث است.
یکی از انواع و اقسام انرژیهای خورشیدی، انرژیهای فتوولتاییک هستند. فتوولتاییک‌‌ها یا همان سلول‌های خورشیدی وسایل الکترونیکی هستند که نورخورشید را مستقیم به برق تبدیل می‌کنند.
اثر فتوولتاییک وقتی وجود دارد که دو ماده نیمه‌هادی مختلف (سیلیکون و ژرمانیوم) در مجاورت یکدیگر باشند و یک جریان الکتریکی در معرض نور خورشید تولید کنند. امروزه PV یکی از فناوری‌های انرژیهای تجدیدپذیر است که سریعاً در حال رشد است و انتظار می‌رود که نقش اصلی را در آینده تولید برق (ازمنابع متعدد) در جهان، بازی کند. سیستم‌هایPV خورشیدی یکی از بهترین فناوری‌های انرژیهای تجدیدپذیر است؛ به طوری که اندازه‌های واحدهایشان به گونه‌ای است که جاذبه خاصی برای مشاغل کوچک و کسانی که دارد می‌خواهند به خود تولیدی و ثبات در قیمت‌های برق برسند.
فناوری PV منافع بسیار زیادی دارد که از مهمترین آنها عبارتند از:
برق خورشیدی یک منبع تجدیدپذیر و در هرجای دنیا قابل دسترس است.
فناوری‌های PV دارای قسمت‌های کوچک هستند و می‌توانند در هر جایی استفاده بشوند، برخلاف بسیاری از فناوری‌های دیگر تولید برق که در هر جایی قابل استفاده نیستند.
برخلاف نیروگاه‌های متداول زغال سنگ، نفت، گاز و هستهای، PV خورشیدی هیچ هزینه سوختی ندارد و هزینه کار و نگهداری آنها نسبتاً کم است. بنابراین PV می‌تواند مانع افزایش قیمت سوخت‌های فسیلی باشد.
برق PV هرچند متغیر است ولی تطابق خوبی با پیک درخواست برق در فصل تابستان که سیستم‌های سرمایشی کار می‌کنند، دارد و در کشورهای گرم برای کل سال این تطابق وجود دارد.
اکنون PV دارای یک فناوری کامل و به اثبات رسیده و به سرعت درحال پیشرفت و دسترسی به بازارهای جهانی است. با کاهش مداوم هزینه‌ها، تعداد این بازارها افزایش و هزینه‌ها نیز کاهش خواهد یافت. PV یک منبع انرژی تجدیدپذیر با قابلیت امنیت بالا است و همچنین با نوسانات قیمت سوخت نیز روبه‌رو نیست. پس در نتیجه می‌توان اذعان داشت که در کاهش قیمت PV پیشرفت‌های قابل توجهی انجام شده است.
هزینه برق تولیدشده با سیستم‌های PV به وسیله هزینه سرمایه (CAPEX )، نرخ بهره، هزینه‌های متغیر و عملیاتی (OPEX )، سطح تابش خورشیدی و راندمان سلول‌های خورشیدی تعیین میشود. از این پارامترها هزینه سرمایه، هزینه‌های عملیاتی و راندمان مهمتر هستند و بهبود این پارامترها امکان بیشتری را برای کاهش هزینه‌ها ایجاد می‌کند. هزینه سرمایه سیستم‌های PV، شامل هزینه ماژول و هزینه تعادل سیستم ( BOS ) است. هزینه مطلق و ساختار ماژول‌های PV با فناوری تغییر می‌کند. به جز ماژول‌های CPV، ماژول‌های فتوولتاییک C-Si گرانترین فناوری PV ، اما آنها دارای بالاترین راندمان تجاری هستند.
قیمت ماژول‌های PV در سال‌های گذشته همواره روند کاهشی داشته و کمترین قیمت در بازار برای ماژول‌های PV فیلم نازک a-Si است که تا سال ٢٠١٣ به زیر یک دلار بر وات رسیده است.
ماهیت جهانی بازار ماژول به آن معنا است که یک پروژه با ویژگی‌های مشابه در اروپا و شمال آمریکا می‌تواند در نهایت هزینه تقریباً برابر داشته باشند. با این حال در آسیا به ویژه هند و چین هزینه‌های ماژول به دلیل دسترسی به تجهیزات ارزانتر، پایین‌تر است. بخش عمد‌ه‌ای از هزینه‌های سرمایه‌ای برای پروژه‌های بزرگ مقیاس مربوط به ماژول آن است و بعد از آن هزینه‌های کارخانه‌ای از جمله نصب و تجهیزات الکتریکی وجود دارد.
در بازارهای توسعه یافته اختلاف زیادی بین هزینه CAPEX در آلمان – به عنوان یک بازار اصلی در اروپای غربی- و ایالات متحده وجود دارد. بازار رقابتی و کارآمد در آلمان با قراردادهایی بر پایه قراردادهای EPC کاهش هزینه‌ها را به دنبال دارند. از سوی دیگر در ایالات متحده به دلیل اخذ مجوز که هزینه‌های سنگینی را بر مسیر تولید گذاشته، هزینه‌ها بالاتر رفته است. براساس آمار سال ٢٠١٣ یک پروژه بزرگ در ایالات متحده در آمریکا حدود ١,٨ میلیون دلار در هر مگاوات است؛ در حالی که بهترین پروژه با بالاترین امکانات در اروپای غربی یعنی آلمان در حدود ١.٦ میلیون دلار در هر مگاوات است. این میزان هزینه در ایالات متحده آمریکا موجب شده است که از بسیاری از پروژه‌ها با ضریب ظرفیت کوچک اجتناب شود.
براساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی که در سال ٢٠١٤ منتشر شده است، انرژی PV خورشیدی می‌تواند به عنوان اولین منبع برق در جهان تبدیل شود؛ به گونه‌ای که یکی از منابع تجدیدپذیر ارزان و قابل اعتماد محسوب میشود. در بلندپروازانه ترین سناریوی آژانس پیش‌بینی میشود که تا سال ٢٠٥٠، ٢١ درصد از تقاضای برق جهان را شامل شود. بیشتر سهامداران و سرمایه‌گذاران این حوزه نیز به دنبال تحقق بخشیدن به این موضوع هستند.
اما آنچه مهم است و باید به آن توجه ویژه داشت، بحث تولید برق از منابع مختلف است. ترکیبی از انرژی در جهان از منابع انرژی اولیه برای تولید برق استفاده میشود و در طول چند دهه گذشته سهم آنها در حال تغییر بوده است. زغال سنگ همچنان به عنوان یکی از منابع مهم در تولید برق محسوب میشود اما یک جهش معنا‌داری به سمت دیگر منابع دیده میشود. تولید برق ناشی از سوخت هستهای به سرعت از دهه ١٩٧٠ و ١٩٨٠ افزایش یافته است. استفاده از نفت برای تولید برق از دهه ١٩٧٠ به تدریج کاهش یافت که این کاهش از زمان افزایش شدید در قیم تهای نفت رخ داد و مشوقی برای جایگزینی دیگر منابع برای تولید برق گردید.
از اوایل دهه ٢٠٠٠ و در پی نگرانی درباره پیامدهای زیست محیطی و انتشار گازهای گلخانه‌های علاقه‌ای به توسعه حضور منابع انرژیهای تجدیدپذیر در سبد تولید برق ایجاد شد. به طوری‌که پیش‌بینی میشود سالانه متوسط رشدی برابر با ٢,٩ درصد از سال ٢٠١٢ – ٢٠٤٠ وجود داشته باشد. بعد از منابع انرژی تجدیدپذیر، گاز طبیعی و انرژی هستهای بیشترین رشد را در سهم تولید برق دارا خواهند بود. از سال ٢٠١٢ – ٢٠٤٠ برق تولید ناشی از گاز هر ساله ٢.٧ درصد رشد خواهد داشت و تولید برق هستهای نیز سالانه ٢.٤ درصد رشد خواهد داشت.
برق تولیدی از زغال‌سنگ نیز در سال ٠,٨ درصد رشد دارد. منابع انرژی دیگر طی سال‌های آتی از زغا ل‌سنگ پیشی خواهند گرفت و به بزرگترین منبع تولید انرژی برق تا سال ٢٠٤٠ تبدیل خواهند شد. پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که میزان استفاده زغال سنگ در تولید برق در طی سال‌های آتی محدود خواهد شد.
منابع انرژیهای تجدیدپذیر سهم افزایشی در تولید و عرضه برق دارند و رشد آنها در در سال‌های بعد نیز انکارناپذیر است.
با نگاهی به این جدول می‌توان دریافت که در طول سال‌های آتی، سهم نفت خام و میعانات نفتی در تولید برق کاهش خواهد داشت و این به دلیل جایگزینی آن با سوخت‌های دیگر است و سهم انرژیهای تجدیدپذیر در این سال‌ها از ٢١,٧٦ درصد در سال ٢٠١٢ به ٢٩.٠٤ درصد در سناریوی مرجع خواهد شد؛ البته این مسیر بر کاهش میزان مصرف زغال سنگ در روند تولید انرژی برق دلالت خواهد داشت که می‌توان براساس سناریوهای مختلف پیش‌بینی کرد استفاده از انرژیهای پاک در تولید برق تا سال‌های آتی حتی از زغال سنگ هم پیشی خواهد گرفت. تحولات اقتصادی چین و کاهش نیاز این کشور به انرژی و نیز سیاست‌های محیط زیستی در سراسر جهان از جمله موافقتنامه اخیر آب و هوا در پاریس ممکن است موجب تداوم فشار جهانی برای کاهش استفاده از زغال سنگ شود.
در کنفرانس سال ٢٠١٥ سازمان ملل در زمینه تغییر آب و هوا در پاریس شمار زیادی از کشورها متعهد شدند برای کاهش بیشتر انتشار گاز دی اکسید کربن در هوا، تا آنجا که ممکن است با تمام توان تلاش کنند.
از سوی دیگر زمانی که نگاه بر سهم انواع انرژیهای تجدیدپذیر در تولید انرژی برق میشود، می‌بینیم که انرژی برق آبی براساس این سناریو کاهش خواهد داشت ولی انرژی باد انرژی خورشیدی با سرعت بالاتری رشد دارند اما وقتی به سهم انرژی خورشیدی PV در کل تولید انرژی برق می‌رسیم، می‌توان نتیجه گرفت که افزایش سهم انرژی خورشیدی در سبد تولید برق آنچنان مهم و قابل مشاهده نیست.
در گزارش موسسه مک کینزی در سال ٢٠١٦ نیز ادعا میشود که این اشکال انرژی در این سال‌ها رشد داشته‌اند و از سوی دیگر ظرفیت تولید برق انرژیهای بادی و خورشیدی به حداکثر رسیده است. در واقع اقتصاد انرژیهای تجدیدپذیر رو به بهبود است. در سال ٢٠١١ سرمایه‌گذاری جهانی سالیانه در انرژیهای تجدیدپذیر به اوج خود یعنی ٢٧٩ میلیارد دلار برای تولید ٧٠ گیگاوات نصب انرژی رسید و در سال ٢٠١٤ تقریباً ٤٠ درصد بیشتر در حدود ٩٥ گیگاوات با سرمایه‌گذاری ٢٧٠ میلیارد دلار بوده است. در ایالات متحده، آزمایشگاه ملی انرژیهای تجدیدپذیر (NREL ) در سال ٢٠١٤ اعلام کرد که هزینه‌های خورشیدی فتوولتاییک مسکونی و تجاری سیستم (PV ) به طور متوسط ٦ تا ٧ درصد در سال ١٩٩٨ – ٢٠١٣ کاهش یافت (بسته به اندازه) و ١٢ تا ١٥ درصد نیز از سال ٢٠١٢ تا ٢٠١٣ کاهش داشته است.
افزایش تقاضای انرژیهای تجدیدپذیر به دلیل سیاست‌گذاری عمومی برای دولت‌ها مبنایی است تا بتوانند خود را با تعهدات بین‌المللی وفق دهند. به عنوان مثال در اجلاس پاریس در سال ٢٠١٥ دولت‌ها سعی کردند از انتشار گازهای گلخانه‌ای بکاهند. برخی کشورها مانند هند انرژیهای تجدیدپذیر را راهی برای کاهش آلودگی هوا می‌دانند. چین نیز درحال کاهش استفاده از زغال سنگ است. در کشورهای درحال توسعه آفریقایی که بسیاری از مردم به شبکه برق عمومی دسترسی ندارند، دنبال این هستند تا پروژه‌های خورشیدی سریع‌تر به بار بنشیند و هزینه‌های کمتری متحمل شوند. کشورهای ثروتمندتر نیز از انرژی خورشیدی برای شبکه‌های برق کوچک استفاده می‌کنند تا بتوانند هنگام بروز تندباد و طوفان، روشنایی را حفظ کنند.
پس شاید بتوان گفت که نفت و انرژیهای تجدیدپذیر بر یکدیگر اثری ندارند و بلومبرگ نیز در گزارشی با اشاره به این موضوع می‌نویسد: نفت به وسایل نقلیه اختصاص دارد، اما از انرژیهای تجدیدپذیر برای تولید برق استفاده میشود. این دو با یکدیگر رقابتی ندارند. استفاده از نفت برای تولید برق بسیار گران است حتی اگر قیمت نفت به کمتر از ٣٠ دلار به ازای هر بشکه برسد. در مقابل انرژی خورشیدی با زغا ل سنگ، گاز طبیعی، آب و انرژی هستهای رقابت می‌کند. انرژی خورشیدی تازه‌ترین عضو این گروه است و کمتر از یک درصد بازار تولید الکتریسیته را به خود اختصاص می‌دهد، اما براساس گزارش اداره اطلاعات انرژی آمریکا پیش‌بینی میشود انرژی خورشیدی تا ٢٠٥٠ میلادی به بزرگترین منبع تولید برق در دنیا تبدیل شود. به عقیده تحلیلگران مؤسسه بلومبرگ، برق ارزان خطرناک‌تر از نفت ارزان است و می‌تواند تیشه به ریشه انرژیهای تجدیدپذیر بزند.
مهم این است که جریان مداوم سرمایه‌گذاری جهانی در انرژیهای پاک در حال گسترش است و براساس آمار مؤسسه BNEF سرمایه‌گذاری در انرژیهای تجدیدپذیر در سطح جهانی نسبت به سال ٢٠١٤، ١٦ درصد افزایش یافته و در سال ٢٠١٥ به ٣١٠ میلیارد دلار رسیده است.
انتهای خبر