لطالما تسارع مصنعو الواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية على رفع القدرة الإنتاجية لمنتجاتهم سواء من خلال تحسين التقنيات الحالية أو تطوير تقنيات تصنيع جديدة لرفع كفاءة هذه الألواح الكهروضوئية أو من خلال اتباع أساليب متنوعة مثل تكبير حجم الويفر “Wafer” المستخدم وزيادة عدد الخلايا الشمسية في اللوح الواحد مما زاد من أبعاد الألواح بشكل كبير.
ولربما من المتوقع بأن يتم صرف مئات الملايين من الدولارات سنوياً على عمليات التطوير هذه، لكن هل سيستمر المصنعون في تكبير حجم الويفر المستخدم؟ وهل يخدم ذلك بالفعل العملاء في الحصول على الكهرباء النظيفة بسعر
اقل؟
نقوم في هذا المقال بعرض ملخصٍ عن دراسة نشرها مخبر «UL» الأمريكي تتمحور حول مقارنة أداء نوعين من الألواح ثنائية الوجه “Bifacial” في مشروعين متشابهين في استراليا وفي الإمارات العربية المتحدة. وتمت المقارنة بالتركيز على اظهار الفروقات ما بين الألواح الشمسية المعتمدة على الويفر بقياس 182 مم (عينة باستطاعة 540 واط) وبين الألواح الشمسية الأعلى قدرة والمعتمدة على ويفر بقياس 210 مم (عينة باستطاعة 660 واط).
ملخص دراسة مخبر UL للأبحاث
قامت شركة Trina Solar بالتعاون مع مخبر «UL» لإجراء تقيم لسعر الكهرباء المتكافئ “LCOE” للألواح الكهروضوئية ثنائية الوجه باستطاعة 540 واط و660 واط.
قام مخبر «UL» بتنفيذ التصميم الأولي، وتوقعات الطاقة المنتجة، النفقات الرأسمالية “CAPEX”، وتقديرات نفقات التشغيل “OPEX”، وتقديرات سعر الكهرباء بشكل متكافئ “LCOE“، للمشروع في استراليا ودبي.
خصائص الألواح الخاضعة للدراسة
| المعاملات (وفقاً للاختبارات المعيارية STC) | ألواح ثنائية الوجه باستطاعة 540 واط ذروة | ألواح ترينا سولار فيرتكس ثنائية الوجه باستطاعة 660 واط ذروة |
|---|---|---|
| نوع الألواح | ثنائية الوجه، أحادية البلورة | ثنائية الوجه، أحادية البلورة |
| استطاعة الخرج القصوى | 540 واط | 660 واط |
| جهد الدارة المفتوحة | 49.5 فولط | 45.9 فولط |
| تيار الدارة القصيرة | 13.85 أمبير | 18.45 أمبير |
| جهد نقطة الاستطاعة العظمى | 41.7 فولط | 38.1 فولط |
| تيار نقطة الاستطاعة العظمى | 12.97 أمبير | 17.35 أمبير |
| معامل الحرارة للاستطاعة العظمى (Pmax) | -0.35%/˚C | -0.34%/˚C |
| عدد الخلايا | 2 × 72 | 2 × 66 |
| حجم اللوح (الطول × العرض) | 2.278 متر × 1.134 متر | 2.384 متر × 1.303 متر |
| الكفاءة | 20.9% | 21.2% |
دراسة المشروع
قام فريق «UL» بإجراء تصميم مكتبي لمحطة شمسية باستطاعة 125 ميجاواط (مستمر) / 100.8 ميجاواط (متناوب) بالاعتماد على ألواح ثنائية الوجه باستطاعة 540 واط ذروة، وألواح ترينا سولار ثنائية الوجه باستطاعة 660 واط ذروة، وأنظمة التتبع الشمسية «إن إكس هورايزن – NX Horizon» أحادية المحور من شركة «نكست تراكرز – NEXTracker»، وباستخدام عواكس مركزية من شركة «SMA»، بناءً على الاعدادات التقليدية.
تم الحفاظ على نسبة متساوية لنسبة DC/AC، ومعدل تغطية الأرض لكلا النظامين لضمان ثبات في العائد من ثنائي الوجه، وضياعات التظليل.
أظهرت الدراسة أن نسبة التخفيض المتوقعة في التكاليف الرأسمالية “CAPEX” عند استخدام ألواح 660 واط ذروة، بدلاً من ألواح 540 واط ذروة ستكون 1.4 سنت أمريكي\واط ذروة، و1.3 سنت أمريكي\واط ذروة لمشروعي استراليا والإمارات على التوالي.
كانت العوامل الأساسية المساهمة في هذه التخفيضات هي استخدام أنظمة التتبع الشمسية، الأعمال الإنشائية، النقل، وأرض المشروع.
بخصوص مشروع استراليا، أشار فريق «UL» أنه تم تخفيض تكلفة موازنة النظام المستمر «DC BoS» بنظام 660 واط ذروة بنسبة 7.7% بالمقارنة مع نظام 540 واط ذروة، وكذلك انخفضت التكلفة الرأسمالية الكلية لنظام 660 واط بنسبة 1.5% بالمقارنة مع نظام 540 واط ذروة.
أما بخصوص مشروع الإمارات، أشار فريق «UL» أنه تم تخفيض تكلفة موازنة النظام المستمر « DC BoS» بنظام 660 واط ذروة بنسبة 5.5% بالمقارنة مع نظام 540 واط ذروة، وكذلك انخفضت التكلفة الرأسمالية الكلية لنظام 660 واط بنسبة 1.7% بالمقارنة مع نظام 540 واط ذروة.
كما أشار فريق «UL» إلى انخفاض سعر مكافئ الكهرباء بنسبة 1.2-1.3% لنظام 660 واط ذروة بالمقارنة مع 540 واط ذروة وفق الجدول التالي:
| مقارنة LCOE | محطة 540 واط ذروة | محطة 660 واط ذروة | نسبة خفض سعر الكهرباء المتكافئ عند استخدام الألواح ذات القدرة العالية |
|---|---|---|---|
| استراليا | 0.0644 دولار\كيلوواط ساعة | 0.0635 دولار\كيلوواط ساعة | -1.32% |
| الإمارات العربية المتحدة | 0.0178 دولار\كيلوواط ساعة | 0.0176 دولار\كيلوواط ساعة | -1.19% |
تقديرات الطاقة
تم محاكاة الطاقة الكهربائية المنتجة للمشروع باستخدام برنامج محاكاة الطاقة الخاص بمخبر «UL»، بناءً على عوامل الإشعاع الشمسي، والأرصاد الجوية الخاصة والمحددة لمشروع المحطة الكهروضوئية.
استخدم فريق «UL» النتائج من محاكاة نظام «PVsyst»، ثم قام بمعالجة النتائج لاحقًا للحصول على تقدير إنتاج الطاقة للمشروع كما هو معروض أدناه.
| معايير الأداء | الإمارات 540 واط ذروة | الإمارات 660 واط ذروة | استراليا 540 واط ذروة | استراليا 660 واط ذروة |
|---|---|---|---|---|
| الإشعاع الأفقي العالمي (كيلوواط ساعة/م2/السنة) | 2196 | 2196 | 1904 | 1904 |
| الإشعاع في مستوى المصفوفة | 3092 | 3084 | 2715 | 2712 |
| إجمالي الطاقة (جيجاواط ساعة/السنة) | 387.41 | 386.37 | 340.25 | 339.85 |
| صافي الطاقة (جيجاواط/السنة) | 297.69 | 297.60 | 279.14 | 279.28 |
| معدل الأداء (%) | 76.8 | 77.0 | 82.0 | 82.2 |
| عامل السعة (المتناوب) % | 33.7 | 33.7 | 31.6 | 31.6 |
| معدل إنتاجية الحقل (كيلوواط ساعة/كيلوواط المستمر) | 2376 | 2375 | 2228 | 2229 |
النفقات الرأسمالية «CAPEX»
يظهر الجدول أدناه تقديرات النفقات الرأسمالية لكل مشروع بشكل منفصل:
| محطة 540 واط ذروة | محطة 660 واط ذروة | |
|---|---|---|
| استراليا | 120,171,792 دولار أمريكي | 118,417,303 دولار أمريكي |
| الإمارات العربية المتحدة | 97,682,800 دولار أمريكي | 96,018,209 دولار أمريكي |
مقارنة التكاليف بين نظامي الألواح
| مقارنة بين تكاليف توازن النظام (BoS) لجانب التيار المستمر بين 540 واط ذروة و660 واط ذروة | مقارنة بين التكاليف الرأسمالية الكلية بين 540 واط ذروة و660 واط ذروة | |
|---|---|---|
| استراليا | -7.7% | -1.5% |
| الإمارات العربية المتحدة | -5.5% | -1.7% |
سعر الكهرباء بشكل متكافئ «LCOE»
اعتمد فريق «UL» المعادلة التالية لتوفير تكلفة عالية المستوى لقيم الكهرباء لكلا المشروعين:
التكلفة الشمسية لتقديرات الطاقة
القيم المستخدمة في حساب سعر الكهرباء بشكل متكافئ «LCOE» للنظام الشمسي:
معدل التكاليف الثابتة
يُحسب معدل التكاليف الثابتة «FCR» كنسبة من النفقات الرأسمالية اللازمة لاستعادة تكاليف المشروع وتلبية متطلبات إيرادات المستثمرين.
معدل التكاليف الثابتة = معامل استرداد رأس المال × معامل تمويل المشروع
يتعلق معامل التكاليف الثابتة بقيمة الضرائب ونسبة الدين على القروض حيث تم افتراض قيمة نسبة الدين 1.8% ومعدل الضرائب 30% في استراليا، بينما كانت نسبة الدين 24% ومعدل الضرائب 15% في الإمارات.
التكاليف الرأسمالية
تشمل التكاليف الرأسمالية تكاليف التركيب التي تضم كلاً من نظام التوليد، والمعدات، والأعمال الإنشائية، نصب المشروع وتشغيله، التمويل والفائدة خلال الإنشاء، والبنى التحتية اللازمة لربط نقطة التوليد بنقطة ربط الشبكة.
عامل السعة
يتم حساب عامل السعة المستخدم في حسابات منطقة التخطيط، من تقديرات إنتاج الطاقة. أما عامل السعة المستخدم في حسابات «LCOE» هو المعدل السنوي صافي معامل السعة على مدة 30 سنة.
تكاليف التشغيل والصيانة
تكاليف الصيانة والتشغيل الثابتة (دولار أمريكي لكل كيلوواط) هي عبارة عن النفقات الكلية للتشغيل والصيانة لنظام التشغيل وهي لا يتم حسابها على أساس كل وحدة طاقة (\MWh).
هذا يتضمن تكاليف العمالة، والمعدات، القطع الإضافية، التأمين، والتكاليف الأخرى المرتبطة بتشغيل المشروع والتي تتناسب مع حجم نظام التوليد، ولكن ليس ناتج الطاقة السنوي.
تكاليف الصيانة والتشغيل المتغيرة (دولار أمريكي لكل كيلوواط ساعة) هي النفقات الكلية لتشغيل وصيانة نظام التوليد والمحسوبة على أساس كل وحدة طاقة.
جدول التقادم (الاستهلاك للنظام)
اعتبرت UL السيناريو الأساسي بجدول تقادم ثابت لمدة 20 عاماً وتعتبر قيمة االتقادم ثابتة بنسبة 5٪.
النتائج
تم حساب سعر الكهرباء بشكل متكافئ «LCOE» للسيناريوهات الأربعة بالافتراضات المقدمة في التقرير وتم وضع النتائج في جدول والذي يظهر بشكل واضح انخفاض الـ «LCOE» بنسبة 1.2 – 1.3% لنظام 660 واط ذروة بالمقارنة مع نظام 540 واط ذروة.
| LCOE دولار أمريكي \ كيلوواط ساعة | البلد | السيناريو | الاستطاعة المتناوبة (ميجاواط) | LCOE دولار أمريكي \ كيلوواط ساعة |
|---|---|---|---|---|
| 0.0644 | استراليا | 540 واط ذروة | 100 | 0.0644 |
| 0.0635 | استراليا | 660 واط ذروة | 100 | 0.0635 |
| 0.0178 | الإمارات | 540 واط ذروة | 100 | 0.0178 |
| 0.0176 | الإمارات | 660 واط ذروة | 100 | 0.0176 |
يمكنكم الاطلاع على الدراسة كاملةً لمزيد من المعلومات عبر الرابط: اضغط هنا.
خلاصة
طبعاً تعتبر هذه الفروقات في الأداء مهمة جدا في خفض سعر الكهرباء المولدة وتأتي بأثر إيجابي مضاعف في ظل ارتفاع سعر الألواح الشمسية في الفترة الماضية حيث وجب التعويض في التكاليف من خلال استخدام تقنيات مثل منتج Vertex من شركة ترينا سولار. ويجب التنويه بأنه ليس لدينا أي معلومات إضافية عن الشركة المصنعة للوح من قياس 182 مم ويجب الأخذ بعين الاعتبار بأن أداء هذه الألواح يختلف بشكل كبير من مصنع لآخر ومن طراز لآخر.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
