Utility Scale Solar چیست؟

اندازه پروژه های خورشیدی در مقیاس کاربردی از چند مگاوات (MW) تا چند صد مگاوات متغیر است. به طور معمول، 1 مگاوات ظرفیت تولید برای تامین برق حدود 200 تا 300 خانه در ایالات متحده کافی است. پروژه های در مقیاس شهری اغلب بیش از 10 مگاوات هستند و بسیاری از آنها می توانند به 100 مگاوات یا بیشتر برسند.

انرژی خورشیدی Utility-Scale چیست؟

انرژی خورشیدی در مقیاس کاربردی به نیروگاه های خورشیدی در مقیاس بزرگ اطلاق می شود که الکتریسیته را عمدتاً برای شبکه تولید می کنند و به شرکت های برق و واحدهای تجاری خدمات رسانی می کنند تا منازل شخصی. این مزارع خورشیدی برای تولید مقادیر قابل توجهی الکتریسیته - اغلب در محدوده ده ها تا صدها مگاوات - از طریق پنل های فتوولتائیک خورشیدی (PV) یا فناوری های انرژی خورشیدی متمرکز (CSP) طراحی شده اند. برق تولید شده سپس از طریق خطوط برق به شبکه برق گسترده تر منتقل می شود و برق را به شهرها، شهرک ها یا حتی کل مناطق تامین می کند.

ویژگی های کلیدی انرژی خورشیدی مقیاس کاربردی:

1. اندازه بزرگ: این تاسیسات خورشیدی قطعات بزرگی از زمین را اشغال می کنند، اغلب در مناطق روستایی یا بیابانی، جایی که می توانند جذب انرژی خورشیدی را به حداکثر برسانند.

2. یکپارچه سازی شبکه: برق تولید شده مستقیماً به شبکه تغذیه می شود و از شرکت های برق در تامین تقاضای برق مصرف کنندگان حمایت می کند.

3. بازدهی بالا: پروژه های خورشیدی در مقیاس کاربردی طراحی شده اند تا بسیار کارآمد باشند و اغلب از فناوری های پیشرفته ای مانند سیستم های ردیابی که برای تولید بهینه انرژی، زاویه پنل های خورشیدی را طوری تنظیم می کند که از خورشید پیروی کند.

4. اقتصاد مقیاس: با توجه به اندازه و حجم انرژی تولید شده، مزارع خورشیدی در مقیاس کاربردی در مقایسه با تاسیسات خورشیدی کوچکتر در مقیاس مسکونی، از هزینه کمتر به ازای هر واحد برق بهره مند شوید.

انواع انرژی خورشیدی مقیاس کاربردی

در درجه اول دو نوع فناوری مورد استفاده قرار می گیرد انرژی خورشیدی در مقیاس کاربردی پروژه ها: فتوولتائیک (PV) و انرژی خورشیدی متمرکز (CSP).

انرژی خورشیدی فتوولتائیک (PV).

انرژی خورشیدی فتوولتائیک پرکاربردترین فناوری برای تولید انرژی خورشیدی در مقیاس کاربردی است. این کار توسط تبدیل مستقیم نور خورشید به برق استفاده از مواد نیمه هادی در پنل های خورشیدی

چگونه کار می کند:

• پنل های خورشیدی: این سلول‌ها از سلول‌های خورشیدی منفرد تشکیل شده‌اند که معمولاً از سیلیکون تشکیل شده‌اند که هنگام قرار گرفتن در معرض نور خورشید، جریان مستقیم الکتریکی (DC) تولید می‌کنند.
• اینورترها: از آنجایی که اکثر سیستم های شبکه از جریان متناوب (AC) استفاده می کنند، از اینورترها برای تبدیل برق DC تولید شده توسط پانل ها به برق AC استفاده می شود.
• اتصال شبکه: برق AC به شبکه تغذیه می شود تا بین مصرف کنندگان توزیع شود.

ویژگی های کلیدی نرم افزار:

• پیمانهای: سیستم های PV بسیار مقیاس پذیر هستند و آنها را برای نصب در مقیاس بزرگ مناسب می کند. هزاران پنل را می توان به هم متصل کرد تا یک مزرعه خورشیدی عظیم در مقیاس کاربردی تشکیل دهد.
• بهره وری: سیستم های PV فعلی می توانند به دست آورند نرخ بهره وری 15-22٪، با تحقیقات مداوم که این عدد را بالاتر می برد.
• نصب و راه اندازی ساده: برخلاف سیستم‌های CSP، سیستم‌های PV به زیرساخت‌های پیچیده مانند آینه‌ها یا ردیاب‌ها نیاز ندارند و به کارگیری آن‌ها در مقیاس بزرگ را آسان‌تر می‌کنند.

مزایای:

• مقیاس پذیر: قابل استقرار در اندازه های مختلف، از آرایه های کوچک پشت بام به مزارع بزرگ خورشیدی
• مقرون به صرفه: در دهه گذشته، هزینه پانل های PV به طور چشمگیری کاهش یافته است، آنها را به گزینه ای مقرون به صرفه برای تولید در مقیاس بزرگ تبدیل می کند.
• قابل اعتماد: سیستم های PV قوی و کم تعمیر و نگهداری هستند، با طول عمر عملیاتی طولانی (معمولا 25 سال یا بیشتر).

انرژی خورشیدی متمرکز (CSP)

CSP از آینه یا عدسی برای متمرکز کردن نور خورشید روی یک گیرنده کوچک و با راندمان بالا برای تولید گرما استفاده می کند. سپس از این گرما برای تولید الکتریسیته، معمولاً از طریق یک توربین بخار یا دیگر ژنراتورهای گرما استفاده می شود.

انواع فناوری های CSP:

• سهموی سهموی: آینه های منحنی نور خورشید را روی یک لوله گیرنده پر از مایع جاذب گرما متمرکز می کنند. این سیال تا دمای بالا گرم می شود و برای تولید بخار برای تولید برق استفاده می شود.
• برج برق خورشیدی (گیرنده مرکزی): میدانی از آینه ها (هلیوستات ها) نور خورشید را روی یک برج مرکزی متمرکز می کند که در آن یک ماده جاذب گرما، مانند نمک مذاب، برای تولید بخار گرم می شود.
• دیش استرلینگ: یک آینه بشقاب سهموی نور خورشید را روی گیرنده متمرکز می کند و سپس از موتورهای استرلینگ برای تولید برق استفاده می کند. این روش معمولاً برای پروژه های کوچکتر استفاده می شود، اما پتانسیل مقیاس پذیری دارد.

چگونه کار می کند:

• جذب حرارت: آینه ها یا عدسی ها نور خورشید را روی گیرنده ای متمرکز می کنند که گرمای متمرکز را جذب می کند.
• ذخیره سازی انرژی حرارتی: بسیاری از سیستم‌های CSP از نمک مذاب یا سایر مواد ذخیره‌سازی گرما استفاده می‌کنند که می‌توانند انرژی را برای ساعت‌ها پس از غروب خورشید ذخیره کنند و حتی زمانی که خورشید نمی‌تابد، انرژی قابل اعتمادی را ارائه می‌کند.
• تولید برق: از گرما برای تولید بخار استفاده می شود که توربین را برای تولید برق به حرکت در می آورد.

ویژگی های کلیدی نرم افزار:

• ذخیره سازی حرارتی: یکی از مزایای عمده CSP توانایی آن است ذخیره انرژی حرارتیکه می تواند برای تولید الکتریسیته در دوره های بدون نور خورشید استفاده شود و به هموار شدن متناوب کمک کند.
• کارایی بالاتریسیستم‌های CSP می‌توانند در شرایط بهینه به راندمان بالاتری نسبت به سیستم‌های PV دست یابند، به‌ویژه زمانی که با محلول‌های ذخیره‌سازی حرارتی ترکیب شوند.
• استقرار در مقیاس بزرگ: CSP به مناطق وسیعی از زمین برای نصب نیاز دارد و برای مناطقی که نور مستقیم خورشید زیاد است (مانند بیابان) مناسب است.

مزایای:

• برق قابل توزیع: با توجه به توانایی ذخیره گرما، نیروگاه های CSP می توانند بر حسب نیاز، حتی در دوره های ابری یا در شب، برق تولید کنند.
• بازدهی بالا: CSP می تواند کارآمدتر از PV سنتی باشد، به خصوص در مناطقی که نور شدید خورشید و تابش خورشیدی بالا وجود دارد.
• ذخیره سازی طولانی مدتسیستم‌های CSP می‌توانند فن‌آوری‌های ذخیره‌سازی انرژی (مانند نمک مذاب) را برای تأمین انرژی در زمانی که تولید خورشیدی در دسترس نیست، یکپارچه کنند.

مقایسه PV و CSP:

قراردادهای خرید برق در پروژه‌های خورشیدی مقیاس کاربردی

قراردادهای خرید برق (PPAs) قراردادهای حیاتی در بخش انرژی خورشیدی در مقیاس شهری هستند. این قراردادها فروش برق تولید شده توسط پروژه های خورشیدی را به شرکت های برق یا مصرف کنندگان بزرگ تسهیل می کند. اساساً، یک PPA شرایطی را که تحت آن انرژی فروخته می‌شود، مشخص می‌کند و امنیت مالی را هم برای توسعه‌دهندگان پروژه خورشیدی و هم برای خریداران فراهم می‌کند.

رابطه بین Utility-Scale Solar و PPAs

پروژه های خورشیدی در مقیاس شهری اغلب نیاز به سرمایه گذاری قابل توجهی دارند. توسعه دهندگان برای تأمین بودجه به PPA ها متکی هستند، زیرا این توافقنامه ها جریان درآمد ثابتی را برای مدت زمان مشخصی تضمین می کنند که معمولاً بین 10 تا 25 سال است. در اینجا نحوه کار آنها آمده است:

1. قیمت تضمینی: PPA ها معمولاً قیمت ثابتی در هر کیلووات ساعت (کیلووات ساعت) برای انرژی تولید شده تعیین می کنند. این قیمت می تواند برای خریداران جذاب باشد، به خصوص اگر کمتر از نرخ های رایج بازار باشد.

2. ثبات طولانی مدت: برای توسعه دهندگان، داشتن PPA در محل، ریسک مالی را کاهش می دهد. سرمایه گذاران با علم به وجود خریدار برای برق تولید شده، احتمالاً از پروژه هایی با قراردادهای تعیین شده حمایت می کنند.

3. قابلیت اطمینان شبکه: PPA ها به ادغام انرژی های تجدیدپذیر در شبکه کمک می کنند با اطمینان از اینکه انرژی خورشیدی در طول زمان اوج تقاضا، بنابراین قابلیت اطمینان شبکه را افزایش می دهد.

انواع قراردادهای خرید برق

انواع مختلفی از PPA ها در بخش خورشیدی در مقیاس شهری مورد استفاده قرار می گیرند که هر کدام نیازها و شرایط متفاوتی را برآورده می کنند:

1. PPA های فیزیکی: این قراردادها شامل تحویل واقعی برق از پروژه خورشیدی به خریدار است. انرژی تولید شده به شبکه تغذیه می شود و خریدار برای برق مصرفی اعتبار دریافت می کند. PPA های فیزیکی در شرکت های خدمات عمومی رایج است.

2. PPA های مجازی یا مالی: برخلاف PPA های فیزیکی، PPA های مالی شامل تحویل واقعی برق نمی شوند. در عوض، آنها قراردادهای مالی هستند که در آن خریدار موافقت می کند که قیمت ثابتی برای انرژی تولید شده بپردازد. این نوع PPA اغلب توسط شرکت هایی استفاده می شود که به دنبال جبران ردپای کربن خود بدون تامین مستقیم انرژی هستند.

3. PPA های آستین دار: این قراردادها شامل یک شخص ثالث، معمولاً یک شرکت برق، است که انرژی پروژه خورشیدی را به خریدار "آستین" می‌دهد. شرکت برق تحویل برق را مدیریت می کند در حالی که خریدار روابط مالی خود را با توسعه دهنده خورشیدی حفظ می کند.

4. PPA های خرده فروشی: اینها توافقاتی هستند که مستقیماً بین توسعه‌دهنده خورشیدی و یک شرکت یا سازمان انجام می‌شود و به دومی اجازه می‌دهد انرژی خورشیدی را با نرخ از پیش تعیین‌شده خریداری کند. PPA های خرده فروشی اغلب برای شرکت هایی جذاب هستند که به دنبال ارتقای اعتبار پایداری خود هستند.

هزینه انرژی خورشیدی مقیاس کاربردی

به گفته وزارت ایالات متحده به روز رسانی بازار فناوری های خورشیدی انرژی، میانگین هزینه نصب برای پروژه های خورشیدی در مقیاس شهری به طور چشمگیری کاهش یافته است. تا سال 2021، هزینه تأسیسات خورشیدی در مقیاس شهری تقریباً 3,500 دلار به ازای هر مگاوات نصب شده (MW) بود. این نشان دهنده کاهش نزدیک به 90 درصدی از سال 2009 است که انرژی خورشیدی را به یکی از مقرون به صرفه ترین منابع تولید برق تبدیل می کند.

شرکت های برجسته انرژی خورشیدی مقیاس کاربردی در ایالات متحده

بازار خورشیدی در مقیاس کاربردی در ایالات متحده به سرعت رشد کرده است و شرکت های متعددی در توسعه پروژه های خورشیدی بزرگ پیشرو هستند. از سال 2023، بیش از 100 شرکت درگیر انرژی خورشیدی در مقیاس کاربردی هستند، از شرکت های بزرگ چند ملیتی تا توسعه دهندگان تخصصی. در اینجا نگاهی به برخی از نماینده ترین بازیگران در صنعت می اندازیم:

1. منابع انرژی NextEra

NextEra Energy یکی از بزرگ‌ترین شرکت‌های انرژی تجدیدپذیر در جهان است که مجموعه‌ای قابل توجه در انرژی خورشیدی در مقیاس کاربردی دارد. آنها مزارع خورشیدی متعددی را در سراسر ایالات متحده اداره می کنند و سرمایه گذاری های قابل توجهی در فناوری خورشیدی انجام داده اند.

2. اول خورشیدی

First Solar یک تولید کننده و توسعه دهنده برجسته پنل های خورشیدی و پروژه های خورشیدی در مقیاس کاربردی است. آنها بر روی فناوری لایه نازک تمرکز می کنند که مزایای منحصر به فردی را در کارایی و تولید ارائه می دهد.

3. سان پاور

SunPower به خاطر پنل های خورشیدی با راندمان بالا مشهور است و حضور رو به رشدی در بازار خورشیدی در مقیاس کاربردی دارد. آنها راه حل های جامعی از توسعه پروژه تا تامین مالی ارائه می دهند.

4. Enel Green Power

Enel Green Power یک رهبر جهانی در انرژی های تجدیدپذیر است و چندین پروژه خورشیدی در مقیاس کاربردی را در سراسر ایالات متحده اجرا می کند. آنها بر پایداری و نوآوری در توسعه های خورشیدی خود تأکید می کنند.

5. خورشیدی کانادا

اگرچه Canadian Solar در کانادا مستقر است، یک بازیگر مهم در بازار خورشیدی در مقیاس صنعتی ایالات متحده است. آنها مزارع بزرگ خورشیدی را توسعه می دهند و ماژول های خورشیدی را برای پروژه های مختلف تامین می کنند.

6. Dominion Energy

Dominion Energy در درجه اول برای خدمات شهری خود شناخته شده است، اما به انرژی های تجدیدپذیر، از جمله چندین پروژه خورشیدی در مقیاس بزرگ در سراسر جنوب شرقی ایالات متحده گسترش یافته است.

7. Cypress Creek Renewables

Cypress Creek در توسعه، تامین مالی و بهره برداری از پروژه های خورشیدی در مقیاس کاربردی تخصص دارد. آنها تمرکز زیادی بر گسترش دسترسی به انرژی خورشیدی در ایالات مختلف دارند.

مزایای استفاده از انرژی خورشیدی مقیاس کاربردی

مقرون به صرفه بودن

یکی از مهمترین مزایای خورشیدی در مقیاس کاربردی مقرون به صرفه بودن آن است. همانطور که قبلا ذکر شد، هزینه همسطح انرژی (LCOE) برای انرژی خورشیدی در مقیاس کاربردی به میزان قابل توجهی کاهش یافته است و آن را با سوخت های فسیلی سنتی رقابت می کند. این هزینه پایین‌تر به قیمت ارزان‌تر برق برای مصرف‌کنندگان و کسب‌وکارها تبدیل می‌شود و جایگزین مناسبی برای منابع انرژی گران‌تر است.

مقیاس پذیری

پروژه های خورشیدی در مقیاس کاربردی را می توان برای رفع نیازهای مختلف انرژی توسعه داد. این پروژه ها می توانند از چند مگاوات تا صدها مگاوات متغیر باشند که ظرفیت تولید انرژی قابل توجهی را ممکن می سازد. این مقیاس‌پذیری سازگاری با تقاضای رو به رشد انرژی را آسان‌تر می‌کند و می‌تواند در فازها برای توزیع هزینه‌ها در طول زمان اجرا شود.

مزایای زیست محیطی

انرژی خورشیدی در مقیاس کاربردی به طور قابل توجهی انتشار گازهای گلخانه ای را در مقایسه با نیروگاه های سوخت فسیلی کاهش می دهد. با تولید انرژی پاک، این پروژه ها به مبارزه با تغییرات آب و هوایی و کمک به هوا و آب پاک تر کمک می کنند. علاوه بر این، انرژی خورشیدی ردپای اکولوژیکی بسیار کمتری دارد، به ویژه در مقایسه با استخراج زغال سنگ یا گاز طبیعی.

ایجاد شغل

رشد پروژه‌های خورشیدی در مقیاس شهری به ایجاد شغل در بخش‌های مختلف از جمله ساخت، نصب و نگهداری کمک می‌کند. بر اساس سرشماری ملی مشاغل خورشیدی بنیاد خورشیدی، صنعت خورشیدی منبع قابل توجهی برای رشد اشتغال بوده است که هزاران شغل ایجاد کرده و اقتصاد محلی را تقویت کرده است.

استقلال انرژی

سرمایه گذاری در انرژی خورشیدی در مقیاس کاربردی می تواند استقلال انرژی را برای جوامع و کشورها به طور یکسان افزایش دهد. با بهره برداری از منابع خورشیدی داخلی، کشورها می توانند وابستگی خود به سوخت های فسیلی وارداتی را کاهش دهند و در نتیجه امنیت و ثبات انرژی را افزایش دهند.

پایداری و قابلیت اطمینان شبکه

پروژه های خورشیدی در مقیاس کاربردی با ارائه یک منبع انرژی سازگار و قابل پیش بینی به پایداری شبکه کمک می کنند. این پروژه‌ها همچنین می‌توانند با سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی جفت شوند و امکان ذخیره و ارسال انرژی در زمان‌های اوج تقاضا را فراهم کنند. این قابلیت می تواند به کاهش فشار روی شبکه در دوره های پر تقاضا کمک کند.

ثبات مالی بلند مدت

PPA ها ثبات مالی بلندمدت را برای پروژه های خورشیدی در مقیاس شهری فراهم می کنند و از قیمت گذاری ثابت برای برق در دوره های طولانی اطمینان می دهند. این قابلیت پیش‌بینی امکان برنامه‌ریزی مالی بهتر را برای شرکت‌های برق و مصرف‌کنندگان فراهم می‌کند و قرار گرفتن در معرض نوسانات بازار را کاهش می‌دهد.

چرا Utility-Scale Solar آینده انرژی پاک است؟

انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ با ظرفیت‌های بزرگ، انواع پروژه‌های متنوع و مزایای اقتصادی - مانند قراردادهای خرید برق و کاهش هزینه‌ها - نقش حیاتی در انتقال به سوی آینده‌ای پاک‌تر و سبزتر ایفا می‌کند. در حال حاضر تولید انرژی را نه تنها در ایالات متحده بلکه در سراسر جهان با پروژه های بزرگ تامین برق برای میلیون ها خانه متحول کرده است. پذیرش این فناوری در حال حاضر به ایجاد آینده ای کمک می کند که در آن انرژی پاک فراوان، مقرون به صرفه و در دسترس همه باشد.