در سالهای اخیر، انرژی خورشیدی به یکی از مهمترین ارکان تحول صنعت برق جهان تبدیل شده است. کاهش هزینه تجهیزات فتوولتائیک، افزایش راندمان پنلها، رشد سرمایهگذاری در انرژیهای تجدیدپذیر و تلاش کشورها برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای باعث شده ظرفیت نصبشده نیروگاههای خورشیدی با سرعتی بیسابقه افزایش یابد.
پژوهشی جدید که در نشریه معتبر Nature Sustainability منتشر شده است، نشان میدهد یکی از بزرگترین موانع توسعه انرژی خورشیدی لزوماً کمبود فناوری یا سرمایهگذاری نیست؛ بلکه بخشی از مشکل از همان نیروگاههای فسیلی ناشی میشود که توسط انرژیهای تجدیدپذیر جایگزین خواهند شد.
چرا تابش خورشیدی برای عملکرد نیروگاههای فتوولتائیک اهمیت دارد؟
عملکرد یک نیروگاه خورشیدی مستقیماً به میزان تابش خورشیدی دریافتی وابسته است. هرچه انرژی بیشتری از خورشید به سطح پنل برسد، میزان تولید برق نیز افزایش خواهد یافت.
در مطالعات طراحی نیروگاههای خورشیدی معمولاً پارامترهایی مانند:
- تابش افقی کل (GHI)
- تابش مستقیم (DNI)
- دمای محیط
- سرعت باد
- شرایط اقلیمی
مورد ارزیابی قرار میگیرند.
اما یکی از عواملی که کمتر مورد توجه قرار میگیرد، کیفیت هوا و میزان ذرات معلق موجود در جو است. حتی اگر یک منطقه از نظر تعداد ساعات آفتابی شرایط بسیار مطلوبی داشته باشد، وجود آلودگی هوا میتواند بخشی از تابش خورشیدی را قبل از رسیدن به سطح پنلها جذب یا پراکنده کند.
پدیده « تاریک شدن خورشیدی » چیست؟
دانشمندان از اصطلاح Solar Dimming یا «تاریک شدن خورشیدی» برای توصیف کاهش میزان تابش خورشیدی ناشی از ذرات معلق موجود در جو استفاده میکنند.
نیروگاههای زغالسنگی در زمان احتراق سوخت، آلایندههایی مانند:
- دیاکسید گوگرد (SO₂)
- اکسیدهای نیتروژن (NOx)
- ذرات معلق ریز (PM2.5)
- خاکسترهای معلق
را وارد جو میکنند.
این آلایندهها در اتمسفر به ذراتی تبدیل میشوند که نور خورشید را پراکنده یا جذب میکنند. در نتیجه شدت تابش خورشیدی کاهش یافته و پنلهای فتوولتائیک انرژی کمتری دریافت میکنند ;در واقع بخشی از انرژی خورشید هرگز به پنل نمیرسد.
تأثیر آلودگی بر تولید برق خورشیدی در جهان
محققان در این پژوهش عملکرد بیش از ۱۴۰ هزار سامانه خورشیدی را در نقاط مختلف جهان بررسی کردند. نتایج نشان داد که آلودگی ناشی از نیروگاههای زغالسنگی در سال ۲۰۲۳ به طور متوسط حدود ۵.۸ درصد از تولید برق خورشیدی جهان را کاهش داده است.
این کاهش معادل حدود ۱۱۱ تراواتساعت برق در سال برآورد شده که رقمی بسیار قابل توجه است. برای درک بهتر این عدد، میتوان گفت این میزان انرژی تقریباً برابر با تولید سالانه چندین نیروگاه بزرگ حرارتی است.
چین؛ بزرگترین قربانی این پدیده
اگرچه چین طی سالهای اخیر سرمایهگذاری عظیمی در حوزه انرژی خورشیدی انجام داده است و هر سال دهها گیگاوات ظرفیت جدید خورشیدی به شبکه برق این کشور اضافه میشود اما همچنان وابستگی قابل توجهی به نیروگاههای زغالسنگی دارد. با این حال، اجرای فناوریهای کنترل آلایندگی و بهبود استانداردهای زیستمحیطی باعث شده بخشی از این اثرات منفی کاهش یابد.
این مطالعه نشان میدهد آلودگی ناشی از نیروگاههای زغالسنگی باعث شده تولید برق خورشیدی چین در سال ۲۰۲۳ حدود ۷.۷ درصد کمتر از ظرفیت بالقوه آن باشد. در مقابل، ایالات متحده آمریکا کاهش کمتری را تجربه کرده و میزان افت تولید برق خورشیدی ناشی از این پدیده حدود ۳.۱ درصد گزارش شده است که این موضوع اهمیت هماهنگی میان توسعه انرژیهای تجدیدپذیر و کاهش آلایندگی صنایع فسیلی را بیش از پیش نشان میدهد.
تأثیر اقتصادی بر سرمایهگذاران نیروگاههای خورشیدی
برای سرمایهگذاران، هر درصد کاهش تولید انرژی به معنای کاهش درآمد است.
فرض کنیم یک نیروگاه خورشیدی ۱۰۰ مگاواتی سالانه ۱۸۰ گیگاواتساعت برق تولید کند. اگر این نیروگاه تحت تأثیر کاهش متوسط ۵.۸ درصدی قرار گیرد:
چنین کاهشی میتواند تأثیر مستقیمی بر:
- درآمد فروش برق
- بازگشت سرمایه (ROI)
- نرخ بازده داخلی (IRR)
- محاسبات مالی پروژه
- قراردادهای خرید تضمینی برق (PPA)
داشته باشد.
به همین دلیل کیفیت هوا در آینده میتواند به یکی از پارامترهای مهم مطالعات امکانسنجی نیروگاههای خورشیدی تبدیل شود.
چرا این موضوع برای توسعه انرژی های تجدیدپذیر اهمیت دارد؟
در بسیاری از کشورها تصور میشود افزایش ظرفیت نصبشده خورشیدی به تنهایی برای دستیابی به اهداف انرژی پاک کافی است.
اما این تحقیق نشان میدهد بخشی از ظرفیت بالقوه نیروگاههای خورشیدی به دلیل آلودگی هوا از بین میرود.
به بیان دیگر، اگر کشورها همزمان با توسعه انرژیهای تجدیدپذیر، اقدام مؤثری برای کاهش آلایندگی نیروگاههای فسیلی انجام ندهند، بخشی از مزایای اقتصادی و زیستمحیطی سرمایهگذاریهای انجامشده در حوزه خورشیدی از دست خواهد رفت.
نقش سیستمهای ذخیره سازی انرژی در این شرایط چیست؟
اگرچه باتریهای ذخیرهسازی انرژی (BESS) نمیتوانند مشکل آلودگی هوا را مستقیماً حل کنند، اما میتوانند به افزایش انعطافپذیری شبکه و مدیریت بهتر تولید متغیر انرژی خورشیدی کمک کنند.
امروزه بسیاری از پروژههای جدید خورشیدی به صورت Solar + Storage طراحی میشوند تا:
- نوسانات تولید انرژی را کاهش دهند.
- قابلیت اطمینان شبکه را افزایش دهند.
- انرژی تولیدشده را در ساعات کممصرف ذخیره کنند.
- در ساعات اوج مصرف به شبکه تزریق نمایند.
همزمان با کاهش آلودگی هوا، توسعه سیستمهای ذخیرهسازی انرژی میتواند بهرهوری کلی شبکههای مبتنی بر انرژیهای تجدیدپذیر را افزایش دهد.
در سالهای اخیر تمرکز اصلی صنعت انرژی بر توسعه ظرفیتهای جدید خورشیدی و بادی بوده است. اما این تحقیق نشان میدهد که افزایش ظرفیت نصبشده به تنهایی کافی نیست. کیفیت هوا و میزان آلایندههای منتشرشده از نیروگاههای فسیلی نیز میتوانند نقش مهمی در عملکرد واقعی نیروگاههای خورشیدی ایفا کنند.
در شرایطی که جهان به سمت توسعه گسترده انرژیهای تجدیدپذیر، سامانههای ذخیرهسازی انرژی و شبکههای هوشمند حرکت میکند، کاهش آلودگی ناشی از نیروگاههای زغالسنگی میتواند علاوه بر بهبود شرایط زیستمحیطی، موجب افزایش تولید برق خورشیدی و بهرهوری بیشتر سرمایهگذاریهای انجامشده در این بخش شود.
این یافته بار دیگر نشان میدهد که گذار انرژی تنها به معنای ساخت نیروگاههای تجدیدپذیر جدید نیست؛ بلکه حذف موانعی که عملکرد این فناوریها را محدود میکنند نیز بخش مهمی از مسیر دستیابی به یک سیستم انرژی پایدار و کم کربن محسوب میشود.
منابع: