طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی ۱ مگاوات (آپدیت بهار ۱۴۰۱)

طرح احداث نیروگاه خورشیدی

اهمیت امنیت انرژی و کنترل میزان آلودگی هوا و میزان گازهای گلخانه‌ای ازجمله اولویت‌هایی است که گسترش فنّاوری انرژیهای نو را غیرقابل چشم پوشی می نمایاند لذا روند رو به رشد و توسعه سیستم های فتوولتائیکی در جهان و اثرات آن بر ذخیره سازی و مقابله با افزایش تقاضای انرژی بشری مبدل خواهد گردید.

امید است که در کشور ما نیز با توجه به پتانسیل انرژی خورشیدی در جهت تنوع بخشی به سبد انرژی و بسترسازی توسعه و ترویج انرژی های تجدیدپذیر برنامه‌های مدونی در نظر گرفته شود، تا ضمن بهره برداری از این منبع بی پایان تعریف روشنی از چشم انداز این فناوری را در ایران داشته باشیم.

کشور ایران علیرغم برخورداری از پتانسیل‌های بالا در منابع تجدیدپذیر، در زمینه به کارگیری ظرفیت‌های عملی تولید انرژی از این منابع، به طور نسبی از دنیا عقب تر است و ادامه این روند، موجب عمیق‌تر شدن شکاف با سایر کشورها می گردد. از این رو ضروری است راهبردها و برنامه‌های زیربنایی و اصولی برای استفاده هر چه بیشتر از این انرژی ها در کشور تدوین شود.

در چشم انداز سبد انرژی جهانی، نقش انرژی های تجدیدپذیر جهان روز به روز پر رنگ‌تر خواهد بود و این امر یکی از عواملی است که سببمی شود سبد انرژی جهانی، به سمت تنوع و استفاده بیش‌تر از منابع انرژی بومی حرکت کند. در این راستا، اتحادیه اروپا در ۲۳ ژانویه سال ۲۰۰۸ طرحی را به تصویب رساند که بر مبنای آن، سهم این انرژی ها در افق ۲۰۲۰ در سبد میانگین کشورهای عضو این اتحادیه به ۲۰ درصد برسد.

منابع تأمین کننده انرژی را میتوان در ۳ گروه عمده انرژی های فسیلی، انرژی هسته‌ای و انرژیه ای تجدیدپذیر (باد، خورشید، و …) طبقه بندی کرد. پایان یافتن سوخت‌های فسیلی در آینده، استفاده دو دسته دیگر را ضروری می کند. اما استفاده از منابع انرژی های تجدیدپذیر، نه آلودگی ها و تخریب‌های زیست محیطی انرژی های فسیلی و هسته‌ای را دارند و نه پایان پذیر و تمام شدنی هستند. پس ضروری است راهبردهایی برای استفاده بیشتر از این منابع تدوین شود.

معرفی نیروگاه خورشیدی

خورشید نه تنها خود منبع عظیم انرژی است، بلکه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژی های دیگر است. طبق برآوردهای علمی در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین می گذرد و در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می شود. با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را میتوان به‌عنوان منبع عظیم انرژی تا ۵ میلیارد سال آینده به حساب آورد.

قطر خورشید ۶۱۰ × ۳۹/۱ کیلومتر است و از گازهایی نظیر هیدروژن (۸/۸۶ درصد) هلیوم (۳ درصد) و ۶۳ عنصر دیگر که مهم‌ترین آنها اکسیژن، کربن، نئون و نیتروژن است تشکیل شده‌است.
میزان دما در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد می باشد که از سطح آن با حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر می شود.
زمین در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است و ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول می کشد تا نور خورشید به زمین برسد. بنابراین سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید حدود از کل انرژی تابشی آن می باشد.
جالب است بدانید که سوخت های فسیلی ذخیره شده در اعماق زمین، انرژی های باد و آبشار و امواج دریاها و بسیاری موارد دیگر از جمله نتایج همین مقدار انرژی دریافتی زمین از خورشید می باشد.

تاریخچه نیروگاه های خورشیدی

شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان ماقبل تاریخ باز می گردد. شاید به دوران سفالگری، در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جام های بزرگ طلائی صیقل داده شده و اشعه خورشید، آتشدان‌های محراب ها را روشن می کردند. یکی از فراعنه مصر معبدی ساخته بود که با طلوع خورشید درب آن باز و با غروب خورشید درب بسته می شد.

ولی مهم‌ترین روایتی که درباره استفاده از خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم میباشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید گفته می شود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینه‌های کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشته‌است اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیده‌است. در ایران نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمان‌های قدیم بوده‌است.

با وجود به آنکه انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستم هایی از یک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستم ها شده بود تا اینکه افزایش قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ باعث شد که کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شدند به مسئله تولد انرژی از راههای دیگر (غیر از استفاده سوختهای فسیلی) توجه جدیتری نمایند.

کاربردهای انرژی خورشید

1. استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی.
2. تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتائیک.

1. 1. موارد استفاده از انرژی حرارتی خورشید

      این بخش از کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی می باشد.

      • • کاربردهای نیروگاهی

          قبل از توضیح در خصوص طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی بهتر است شرح مختصری از نحوه کارکرد نیروگاه‌های تولید الکتریسیته داده شود. بهتر است بدانیم در هر نیروگاهی اعم از نیروگاه های آبی، نیروگاه‌های بخاری و نیروگاهه ای گازی برای تولید برق از ژنراتورهای الکتریکی استفاده می شود که با چرخیدن این ژنراتورها برق تولید میشود.

          این ژنراتورهای الکتریکی انرژی دورانی خود را از دستگاهی بنام توربین تأمین می کنند. بدین ترتیب میتوان گفت که ژنراتورها انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. تأمین کننده انرژی جنبشی ژنراتورها، توربین‌ها هستند توربین ها انواع مختلف دارند در نیروگاه های بخاری توربین هایی وجود دارند که بخار با فشار و دمای بسیار بالا وارد آنها شده و موجب به گردش در آمدن پره‌های توربین می گردد. در نیروگاه‌های آبی که روی سدها نصب می شوند انرژی پتانسیل موجود در آب موجب به گردش در آمدن پره‌های توربین می شود.

          بدین ترتیب میتوان گفت در نیروگاههای آبی انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل میشود، در نیروگاههای حرارتی بر اثر سوختن سوختهای فسیلی مانند مازوت، آب موجود در سیستم بسته نیروگاه داخل دیگ بخار (بویلر) به بخار تبدیل میشود و بدین ترتیب انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می شود در نیروگاه های گازی توربین هایی وجود دارد که بطور مستقیم بر اثر سوختن گاز به حرکت درآمده و ژنراتور را می گرداند و انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می شود.
          اما در نیروگاههای حرارتی خورشیدی وظیفه اصلی بخش‌های خورشیدی تولید بخار مورد نیاز برای تغذیه توربین ها است یا به عبارت دیگر میتوان گفت که این نوع نیروگاه ها شامل دو قسمت هستند:

          1. سیستم خورشیدی که پرتوهای خورشید را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده تولید بخار می نماید.
          2. سیستمی موسوم به سیستم سنتی که همانند دیگر نیروگاه های حرارتی بخار تولید شده را توسط توربین و ژنراتور به الکتریسیته تبدیل میکند.

          تأسیساتی که با استفاده از آنها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل میشود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می شود این تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده‌های موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کننده‌ها به سه دسته تقسیم می شوند:

          1. نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها آینه‌های سهموی ناودانی هستند
          2. نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه‌های بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس می شود. (دریافت کننده مرکزی)
          3. نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (دیش) میباشد

          نیروگاه‌های حرارتی خورشید از نوع سهموی خطی

          در این نیروگاه ها، از منعکس کننده‌هایی که به صورت سهموی خطی میباشند جهت تمرکز پرتوهای خورشید در خط کانونی آنها استفاده میشود و گیرنده به صورت لوله‌ای در خط کانونی منعکس کننده‌ها قرار دارد. در داخل این لوله روغن مخصوصی در جریان است که بر اثر حرارت پرتوهای خورشید گرم و داغ میگردد.
          روغن داغ از مبدل حرارتی عبور کرده و آب را به بخار به مدارهای مرسوم در نیروگاه های حرارتی انتقال داده می شود تا به کمک توربین بخار و ژنراتور به توان الکتریکی تبدیل گردد.

          برای بهره‌گیری بیشتر و افزایش بازدهی لوله دریافت کننده سطح آن را با اکسید فلزی که ضریب بالایی دارد پوشش میدهند و همچنین در محیط اطراف آن لوله شیشه‌ای به صورت لفاف پوشیده میشود تا از تلفات گرمایی و افت تشعشعی جلوگیری گردد و نیز از لوله دریافت کننده محافظت بعمل آید.

          ضمناً بین این دو لوله خلاء بوجود میآوردند برای آنکه پرتوهای تابشی خورشید در تمام طول روز به صورت مستقیم به لوله دریافت کننده برسد.
          در این نیروگاه ها یک سیستم ردیاب خورشید نیز وجود دارد که بوسیله آن آینه‌های شلجمی دائماً خورشید را دنبال میکنند و پرتوهای آن را روی لوله دریافت کننده متمرکز می نمایند.

          تغییرات تابش خورشید در این نیروگاه ها توسط منبع ذخیره و گرمکن سوخت فسیلی جبران میشوند. در چند کشور نظیر ایالات متحده آمریکا، اسپانیا، مصر، مکزیک، هند و مراکش از نیروگاه‌های سهموی خطی استفاده شده‌است که این نیروگاه ها یا در مرحله ساخت و یا در مرحله بهره برداری قرار دارند.

          در ایران نیز تحقیقات و مطالعاتی در زمینه این نیروگاه ها انجام شده و نیروگاه خورشیدی شیراز که در سال ۱۳۸۷ تأسیس شد، نخستین نیروگاه خورشیدی ایران و در زمان خود بزرگترین نیروگاه خورشیدی خاورمیانه بود . این نیروگاه از نوع خورشیدی سهموی خطی است که در ایران توسط متخصصان داخلی ساخته شده‌است. در حال حاضر توان این نیروگاه ۲۵۰ کیلووات است که در برنامه توسعه پنجم قرار به تأمین ۵۰۰ کیلو وات می‌باشد. این نیروگاه یک مرکز تحقیقاتی است که ۳۰۰هزار متر مربع مساحت و ۶۰هزار متر مربع زیربنا دارد.
          بدیهی است که این پروژه ایران را در زمره محدود کشورهای سازنده نیروگاه‌های خورشید از نوع متمرکز کننده‌های سهموی خطی قرار داده است.

      نیروگاه‌های حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی

      در این نیروگاه‌ها پرتوهای خورشیدی توسط مزرعه‌ای متشکل از تعداد زیادی آینه منعکس کننده بنام هلیوستات بر روی یک دریافت کننده که در بالای برج نسبتاً بلندی استقرار یافته‌ است متمرکز می گردد. در نتیجه روی محل تمرکز پرتوها انرژی گرمایی زیادی بدست میآید که این انرژی بوسیله سیال عامل که داخل دریافت کننده در حرکت است، جذب می شود و بوسیله مبدل حرارتی به سیستم آب و بخار مرسوم در نیروگاه‌های سنتی منتقل شده و بخار فوق گرم در فشار و دمای طراحی شده برای استفاده در توربین ژنراتور تولید میگردد.
      این سیال عامل در مبدلهای حرارتی در کنار آب قرار گرفته و موجب تبدیل آن به بخار با فشار و حرارت بالا می گردد. در برخی از سیستم‌ها سیال عامل آب است و مستقیماً در داخل دریافت کننده به بخار تبدیل میشود.
      برای استفاده دائمی از این نوع نیروگاه در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد مثلاً ساعات ابری یا شب ها از سیستم‌های ذخیره کننده حرارت و یا احیاناً از تجهیزات پشتیبانی که ممکن است از سوخت فسیلی استفاده کنند جهت ایجاد بخار برای تولید برق کمک گرفته می شود.
      مطالعات و تحقیقات در زمینه فناوری و سیستم های این نیروگاه‌ها ادامه دارد و آزمایشگاه ها و مؤسسات متعددی در سراسر دنیا در این زمینه فعالیت می کنند.
      مطالعات ساخت اولین نیروگاه خورشیدی ایران از نوع دریافت کننده مرکزی توسط سازمان انرژیهای نو ایران و با کمک شرکتهای مشاور و سازنده داخلی با ظرفیت یک مگاوات و سیال عامل آب و بخار در طالقان جریان دارد. کلیه مطالعات اولیه و پتانسیل سنجی و طراحی نیروگاه به انجام رسیده و یک نمونه هلیوستات نیز ساخته شده‌است.

نیروگاه‌های حرارتی از نوع بشقابی

در این نیروگاه ها از منعکس کننده‌هایی که به صورت شلجمی بشقابی می باشد جهت تمرکز نقطه‌ای پرتوهای خورشیدی استفاده می گردد و گیرنده‌هایی که در کانون شلجمی قرار می گیرند به کمک سیال جاری در آن انرژی گرمایی را جذب نموده و به کمک یک ماشین حرارتی و ژنراتور آن را به نوع مکانیکی و الکتریکی تبدیل می نماید.

دودکش‌های خورشیدی

روش دیگر برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشید استفاده از برج نیرو یا دودکش‌های خورشیدی میباشد در این سیستم از خاصیت دودکش‌ها استفاده میشود به این صورت که با استفاده از یک برج بلند به ارتفاع حدود ۲۰۰ متر و تعداد زیادی گرم خانه‌های خورشیدی که در اطراف آن است هوای گرمی که بوسیله انرژی خورشیدی در یک گرمخانه تولید میشود و به طرف دودکش یا برج که در مرکز گلخانه‌ها قرار دارد، هدایت میشود.

این هوای گرم بعلت ارتفاع زیاد برج با سرعت زیاد صعود کرده و با عث چرخیدن پروانه و ژنراتوری که در پایین برج نصب شده‌است میگردد و بوسیله این ژنراتور برق تولید میشود هم اکنون یک نمونه از این سیستم در ۱۶۰ کیلومتری جنوب مادرید احداث گردیده که ارتفاع برج آن به ۲۰۰ متر میرسد.

مزایای نیروگاه خورشیدی

نیروگاه‌های خورشیدی که انرژی خورشید را به برق تبدیل می کنند امید است در آینده با مزایای قاطعی که در برابر نیروگاه‌های فسیلی و اتمی دارند به خصوص اینکه سازگار با محیط زیست می باشند، مشکل برق بخصوص در دوران انجام ذخائر نفت و گاز را حل نمایند. تأسیس و بکارگیری نیروگاه‌های خورشیدی آینده‌ای پر ثمر و زمینه‌ای گسترده را برای کمک به خودکفایی و قطع وابستگی کشور به صادرات نفت فراهم خواهد کرد. اکنون شایسته‌است که به ذکر چند مورد از مزایای این نیروگاه‌ها بپردازیم.

1. تولید برق بدون مصرف سوخت

   نیروگاه‌های خورشیدی نیاز به سوخت ندارند و برخلاف نیروگاه‌های فسیلی که قیمت برق تولیدی آنها تابع قیمت نفت بوده و همیشه در حال تغییر میباشد. در نیروگاه‌های خورشیدی این نوسان وجود نداشته و می توان بهای برق مصرفی را برای مدت طولانی ثابت نگه داشت.

2. عدم احتیاج به آب زیاد

   نیروگاه‌های خورشیدی بخصوص دودکش های خورشیدی با هوای گرم احتیاج به آب ندارند لذا برای مناطق خشک مثل ایران بسیار حائز اهمیت می باشند. نیروگاه‌های حرارتی سنتی هنگام فعالیت نیاز به آب مصرفی زیادی دارند

3. عدم آلودگی محیط زیست

   طرح نیروگاه‌های خورشیدی ضمن تولید برق هیچگونه آلودگی در هوا نداشته و مواد سمّی و مضر تولید نمیکنند در صورتی که نیروگاه‌های فسیلی هوا و محیط اطراف خود را با مصرف نفت، گاز و یا ذغال سنگ آلوده کرده و نیروگاه‌های اتمی با تولید زباله‌های هسته‌ای خود که بسیار خطرناک و رادیواکتیو هستند محیط زندگی را آلوده و مشکلات عظیمی را برای ساکنین کره زمین بوجود می آورند.

4. امکان تأمین شبکه‌های کوچک و ناحیه‌ای

   نیروگاه‌های خورشیدی می توانند با تولید برق به شبکه سراسری برق نیرو برسانند و در عین امکان تأمین شبکه‌های کوچک ناحیه‌ای، احتیاج به تأسیس خطوط فشار قوی طولانی جهت انتقال برق ندارند و نیاز به هزینه زیاد احداث شبکه‌های انتقال نمی باشد.

5. استهلاک کم و عمر زیاد

   نیروگاه‌های خورشیدی بدلایل فنی و نداشتن استهلاک زیاد دارای عمر طولانی می باشند در حالی که عمر نیروگاه‌های فسیلی بین ۱۵ تا ۳۰ سال محاسبه شده‌است.

6. عدم احتیاج به متخصص

   نیروگاه‌های خورشیدی احتیاج به متخصص عالی ندارند و میتوان آنها را بطور اتوماتیک بکار انداخت، در صورتی که در نیروگاه‌های اتمی وجود متخصصین در سطح عالی ضروری بوده و این دستگاه ها احتیاج به مراقبت های دائمی و ویژه دارند.

استفاده از سیستم های فتوولتائیک

سیستم‌های فتوولتائیک به سلولهای خورشیدی و PV نیز معروف می باشند، این سیستمها نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می نمایند. نوع مدرن سلول خورشیدی در سال ۱۹۵۴ در آزمایشگاه تلفن بل اختراع گردید. امروزه رشد فناوری PV یکی از سریعترین رشدها را در تجدیدپذیرها داراست و انتظار میرود که نقش مهمی را در آینده تولید برق در جهان داشته باشد.

اجزای سیستم های فتوولتائیک عبارتند از:

• تعدادی سلول فتوولتائیک برای تشکیل یک ماژول PV
• تعدادی قطعات کمکی (به عنوان مثال برای تعادل سیستم Balance of System BOS) شامل اینورتر، شارژ کنترلر و غیره.

انواع سلول های خورشیدی

انواع بسیار متنوعی از سلولهای خورشیدی به صورت تجاری یا در مراحل آزمایشگاهی وجود دارد که آن ها را به شرح زیر می توان دسته‌بندی کرد:

1. مونوکریستالی (Mono-Crystalline)
2. پلی کریستالی (Poly-Crystalline)
3. فیلم نازک (Thin Film)
4. پلیمری یا ارگانیک (Polymeric/Organic)

شکل زیر وضعیت کارایی و عملکرد انواع مختلف سلول خورشیدی را نمایش میدهد. با توضیحات ارائه شده برای هر کدام از پنل ها درک صحیح‌تری از این نمودار خواهید داشت.

1. 1. سلول‌های مونوکریستالی (Mono-Crystalline)
      جنس تمامی سلول های خورشیدی رایج در سطح تولید تجاری، سیلیکون می باشد که برای افزایش کارایی و بازدهی، مواد دیگری از طریق فرآیند تغلیظ (Doping) بدان افزوده می گردد.
      فرآیند تولید سلول های مونو به این صورت می باشد که یک دانه (Seed) اولیه کوچک سیلیکون طی یک فرآیند کند و تدریجی به یک شمش (Ingot) بزرگ تا طول ۲ متر و وزن صدها کیلوگرم رشد داده می شود.

سپس این شمش به شکل ویفرهای بسیار نازک سیلیکون با ضخامت چند صد میکرون به شکل های مختلف (عموماً هشت ضلعی یا مربع) برش داده می شود و شکل آشنای سلول های مونو را تشکیل می دهد.

یک پنل سولار مونو به این صورت ساخته میشود که ابتدا سلول ها به صورت ماتریسی از سلول های سری (برای افزایش ولتاژ) و موازی (برای افزایش جریان) به هم متصل می شوند. سپس داخل یک قاب فلزی مستحکم نصب گردیده و یک پوشش شیشه‌ای شفاف و ضخیم برای حفاظت در برابر ضربات فیزیکی روی سلولها نصب می شود و خروجی الکتریکال پنل توسط دو کابل با کانکتور قفل‌دار به بیرون هدایت می گردد. اصلی ترین ویژگی یک پنل توان ماکزیمم آن و سپس ولتاژ و جریان در بار ماکزیمم می باشد.
سلول‌های مونو دارای بالاترین بازده و همچنین بیشترین قیمت بین سایر انواع می باشند.

بازده این نوع سلول ها در انواع خاص در رده کاربری نظامی تا %۲۵ نیز میرسد. اما انواع رایج در بازار ایران دارای بازدهی بین %۱۶ تا %۲۰ می باشند. (تکنولوژی فعلی سال ۲۰۱۵)

• سلول‌های پلی کریستالی (Poly-Crystalline)
  بر خلاف سلول های مونوکریستال که از یک شمش با ساختار کریستالی یکنواخت برش می خورند، سلول‌های پلیکریستال از برش شمش هایی که دارای ساختار غیر یکنواخت هستند بدست می آیند. برای تولید این نوع سلول ها، سیلیکون مذاب به جای شکل گیری دور یک Seed اولیه به صورت یکپارچه، درون یک قالب طی یک فرآیند متالورژی ساده‌تر و سریعتر به شکل نواحی به شکل کاملاً مشخص (Grain) شکل گرفته و سپس به شکل ویفرهای سیلیکونی برش میخورد.

ظاهر پوسته‌پوسته یا فلس (Flake) مانند این نوع سلول ها نیز به سبب همین فرآیند خاص تولید می باشد.این فرآیند کم‌هزینه‌تر و سریعتر سبب ارزانتر بودن این نوع سلول ها و در مقابل، پایین‌تر بودن راندمان آن ها به نسبت سلول های مونو می باشد. ساختار پنل های پلیکریستال نیز دقیقاً مانند پنله ای مونو می باشد که شامل ماتریسی از سلولها درون یک قاب فلزی و دارای یک پوشش شیشه‌ای است. راندمان سلولهای پلیکریستال تجاری بین %۱۲ تا %۱۶ و در مراحل آزمایشگاهی و تحقیقاتی حدود %۱۹ میباشد. (تکنولوژی فعلی سال ۲۰۱۵)

هر دو نوع سلول فوق، نسل اول سلول های خورشیدی را که بر پایه ویفر سیلیکون هستند، تشکیل می دهند که امروزه بیش از %۹۰ بازار سلول های خورشیدی را در اختیار دارند.

• مزایا
  بازده خوب، پایداری خوب، استحکام فیزیکی خوب، عدم کاهش بازده در کوتاه مدت
• معایب
  وزن زیاد، ضخامت زیاد، انعطاف‌ناپذیری، فرآیند تولید بسیار پرهزینه به دلیل نیاز به انرژی فراوان در فرآیند تولید

1. سلول‌های خورشیدی فیلم نازک (Thin Film Solar Cell«TFSC»)
   این نوع سلول های خورشیدی، نسل دوم سلول ها را تشکیل می دهند که تکنولوژی ساخت آنها به چهار گروه زیر تقسیم می شود:

1. سیلیکون آمورف (a-Si)
2. تلورید کادمیوم/سولفید کادمیوم (CdTe/CdS)
3. سلنید گالیوم اینیدیوم مس (CIGS)
4. ارسنید گالیوم (GaAs)

فرآیند کلی تولید این نوع سلولها به صورت رسوب یا نشست (Deposition) یک لایه یا فیلم بسیار نازک از مواد فتوولتاییک با ضخامت چند نانومتر تا چند میکرون روی بستر (Substrate) با ضخامت کم از جنس شیشه، پلاستیک یا فلز می باشد.

بازده این نوع سلول ها در سطح تولید تجاری بین %۱۰ تا %۱۵ میباشد. اما بازده سلول های بسیار گرانقیمت GaAs حدود %۳۰ میباشد که به دلیل سبکی و بازده خوب، برای ساخت پنل های خورشیدی فضاپیماها و ماهواره‌ها استفاده می شود که وزن و راندمان، فاکتورهای مهمتری از هزینه برایشان محسوب میگردد.
انعطاف‌پذیری و شفافیت نسبی سلول های فیلم نازک، کاربردهایی مانند نصب در نمای ساختمان یا استفاده در نماهای شیشه‌ای مات را ممکن ساخته است. همچنین، این نوع سلولها برای رسیدن به توان نامی نیازی به قرارگیری در معرض تابش مستقیم خورشید ندارند و بنابراین برای استفاده در فضاهای سرپوشیده مانند تغذیه ماشین‌حسابهای رومیزی نیز مناسب می باشند.

• مزایا
  انعطاف‌پذیری، وزن کم، امکان تولید به صورت نیمه شفاف، فرآیند تولید کم هزینه‌تر، عدم نیاز به تابش مستقیم خورشید
• معایب
  بازده و پایداری کمتر نسبت به سلول های نسل اول، وابستگی به فلزات سنگین مضر برای محیط زیست (مانند کادمیوم Cadmium) یا عناصر کمیاب (مانند تلوریوم Tellurium)
• سلول‌های خورشیدی پلیمری یا ارگانیک (Polymerc/Organic Solar Cells)
  به طور کلی، تمام انواع این نوع از سلول های خورشیدی از حل کردن پلیمرها در حلالهای ارگانیک و قراردادن آن‌ها روی بستر (Substrate) از جنس شیشه یا پلاستیک نوع پت (PET: Poly-Ethylene Terephthalate) توسط تکنیکهای مختلف چاپ یا پوشش می باشد.
  همانطور که در شکل پایین دیده میشود، ساختار سلول های پلیمری از لایه‌های زیر تشکیل شده است:
  1. لایه فعال (Active Layer):
     همانطور که در بخش «اثر فتوولتاییک (PV)» به تفصیل توضیح داده شد، اصول کارکرد تمامی انواع سلول های خورشیدی بر پایه تبدیل انرژی فوتون های نور برای ایجاد زوج الکترون – حفره یا همان Exciton انجام می پذیرد که این عمل در همین لایه انجام میگردد.
  2. لایه‌های انتقال (ETL)Electron Transport Layer و (HTL) Hole Transport Layer:
     وظیفه اصلی این لایه‌ها، ایجاد مسیری برای جلوگیری از پدیده بازترکیب (Recombination) زودهنگام الکترون های جداشده از حفره‌ها می باشد که این پدیده یکی از دلایل کاهنده بازده سلول های خورشیدی است.
  3. الکترودهای مثبت و منفی:
     این الکترودها، ترمینال‌های الکتریکی سلول برای عبور جریان به سمت مدار خارجی می باشند.
  4. انواع چیدمان سلول های پلیمری:
     انواع چیدمان سلول های پلیمری به صورت نرمال و معکوس (Inverted) می باشد. در نوع نرمال، نور پس از عبور از بستر شفاف شیشه‌ای یا پلاستیکی و الکترود مثبت شفاف و لایه انتقال حفره شفاف (HTL) به لایه فعال میرسد . اما در چیدمان معکوس، نور پس از عبور از بستر شیشه‌ای یا پلاستیکی شفاف و الکترود منفی شفاف و لایه انتقال الکترون شفاف (ETL) به لایه فعال میرسد.
     لایه فعال نیز از دو بخش «دهنده» (Donor) و «پذیرنده» (Acceptor) تشکیل شده است که که وظیفه آن، شکستن پیوند الکترون-حفره (Exciton Bond) و هدایت الکترون به سمت پذیرنده و حفره به سمت دهنده می باشد. برای جلوگیری از بازترکیب زوج الکترون – حفره که به سرعت انجام می پذیرد، فاصله دهنده و پذیرنده می بایست کمتر از ۱۰ نانومتر باشد.
     چون در هر لایه فعال بسته به جنس ماده سازنده، فقط طول موجی خاصی از نور خورشید سبب تحریک الکترونها و ایجاد زوج الکترون – حفره می گردد و بقیه طیف طول موج به صورت گرما تلف می گردد، جهت افزایش بازده از ساختار متوالی (Tandem) دارای چند لایه فعال استفاده می گردد که تحریک الکترون و ایجاد Exciton در هر لایه توسط فوتون های با طول موج متفاوت انجام شده و به زبان ساده، استفاده بیشتری از میزان ثابت نور ورودی به سلول جهت استخراج انرژی الکتریکی انجام میگردد.
     بازده این نوع سلول ها در مراحل تجاری بین %۶ تا %۱۲ و در مراحل آزمایشگاهی تا %۱۵ می باشد. (تکنولوژی فعلی سال ۲۰۱۵)
  • مزایا
    سبک، شفاف، انعطاف‌پذیر، هزینه مواد اولیه پایین، هزینه تولید پایین، قابلیت چاپ با رنگها و طرحهای متنوع با استفاده از تکنیکهای متداول مانند چاپ رولی (Roll-to-Roll)
  • معایب
    بازده پایین، پایداری پایین، کاهش بازده به مرور زمان

تاریخچه پنل خورشیدی در ایران

جرقه‌های ابتدایی پیدایش پنل‌های خورشیدی در اواخر دهه ۶۰ شمسی در ایران زده شدT اما رسماً آغاز آن دهه ۷۰ بود. ابتدا، استفاده از تکنولوژی کشورهای صاحبب صنعت ،نظیر آلمان در دستور کار قرار گرفت و آرام آرام گسترش یافت و بنا بر ادعای شرکت‌های تولیدکننده، این روند در اواسط دهه ۸۰ منجر به تولید این فناوری در ایران شد. اما سازماندهی و پیشبرد این اهداف با تصویب هیأت وزیران در سال ۸۴ به سازمان انرژیهای نو ایران محول شد که با هدف توسعه انرژی های تجدیدپذیر شروع به کار کرد.

احداث نخستین سایت بهره‌برداری انرژی خورشیدی به سال ۸۷ برمیگردد که در آن از تکنولوژی نسل اول آینه‌های کلکتور با ظرفیت اسمی ۲۵۰ کیلووات استفاده شده است؛ اما در حال حاضر جدیدترین تکنولوژی استفاده شده در کشور، مربوط به نیروگاه خورشیدی الهیه در مشهد است که از پنل‌های فتوولتاییک نسل دوم استفاده میکند.
این که چه میزان از ابزار و ادوات پنل‌های خورشیدی در داخل تولید می شود یا از دیگر کشورها وارد میشود به درستی مشخص نیست اما سخت‌افزار پنل‌های خورشیدی عموماً وارداتی هستند و در بهترین حالت در کشور مونتاژ می شوند.

وضعیت جهانی استفاده از انرژی خورشیدی

سرمایه گذاری جدید جهانی در انرژی های تجدید پذیر توسط کلاس دارایی، ۲۰۰۴-۲۰۱۵، $ bn رشد سالانه در بالای نمودار نشان داده شده است.

هزینه‌ها و قیمت‌های پنل خورشیدی در جهان از سال ۱۹۷۵ تا ۲۰۱۶

قیمت یک پنل خورشیدی در سال ۱۹۷۵ ~ ۲۲۷ برابر بیشتر از امروز است، ۱۰۱٫۵ دلار در هر وات در سال ۱۹۷۵ و ۰٫۴۴۷ دلار در هر وات در سال ۲۰۱۶٫

برندهای پنل های خورشیدی در دسترس در ایران

در لیست زیر عناوین شرکت‌هایی که دسترسی بهتری برای تأمین و خرید تجهیزات نیروگاه خورشیدی در حال حاضر در ایران امکان پذیر است آمده است:

• نمونه‌های وارداتی:
  Linuo, DAH Solar, Solar world, JA solar, sun teck, yingli, Trina solar, SMA, Goodwe, sharp, siemens

انواع استراکچر نیروگاهی پنل های خورشیدی

• استراکچر ثابت
• استراکچر تک محوره
• استراکچر دو محوره

انواع فونداسیون نیروگاهی پنل های خورشیدی

• فونداسیون بتنی
• شمع و کوبش
• اسکرو

هزینه‌های راه اندازی نیروگاه خورشیدی در ایران

هزینه احداث یک واحد تولیدی بسته به وسعت مجموعه به ازای هر کیلووات ساعت ظرفیت حدود ۱۴ میلیارد تومان در سال ۱۴۰۰ تمام میشود. طول مدت بازگشت سرمایه نیز حدود دو تا پنج سال برآورد می شود. علاوه بر این نیروگاه‌های خورشیدی نیازمند زمین وسیعی هستند که خود مستلزم هزینه است. هزینه احداث پنل‌های خورشیدی در طول ۱۰ سال اخیر، یک پنجم کاهش یافته است. در حال حاضر هیچ منبع انرژی دیگری را نمی توان یافت که چنین توسعه‌ای را تجربه کرده باشد.
همچنین پیش‌بینی میشود با ورود نسخه‌های تجاری کم‌هزینه جدید، راه‌اندازی این پنل‌ها تا پایان سال ۲۰۱۶ کاهش قیمتی بیش از ۳۰ درصد را تجربه کند. هم‌اکنون بسیاری از کشورها از مصر گرفته تا کشورهای اروپایی و ایالات متحده سرمایه‌گذاری کلانی را در ساخت و توسعه این عرصه انجام داده و می دهند و البته ما در ایران کمی در این زمینه عقب‌تر هستیم.

طرح احداث نیروگاه خورشیدی

سیستم‌های خورشیدی عموماً دارای مکانیزمی خودکار هستند، اماتکنسین‌های برق و الکترونیک و همچنین تعدادی نیرو برای غبارروبی پنل‌ها (چنانچه سیستم موردنظرر به‌صورت پیش‌فرض از چنین سیستمی برخوردار نباشد) مورد نیاز است. دیگر موضوعی که شاید دغدغه سرمایه‌گذاران باشد، اخذ مجوزهای لازم است. مجوزهای لازم برای احداث یک نیروگاه خورشیدی شامل محیط‌زیست و پروانه ساخت از وزارت نیرو است. پیش از صدور مجوز، سازمان مربوطه موظف است مطالعات امکان‌سنجی نظیر پتانسیل مناسب سایت جهت تأمین انرژی، شناسایی تکنولوژی مناسب با شرایط سایت، عدم وجود موانع در جهت ساخت و احداث و… را علاوه بر مطالعات زیست‌محیطی انجام دهد و گاهی تا یک‌سال هم به طول می انجامد.

مطابق ماده ۱۳۹ برنامه پنجم توسعه، دولت موظف است زمینه تولید تا ۵ هزار مگاوات انرژی بادی و خورشیدی در طول برنامه متناسب با تحقق تولید را فراهم سازد وو این نوید حمایت از تولیدکنندگان بخش‌خصوصی توسط دولت را میدهد، اگرچه ممکن است سازوکارهای برگزیده، گاهی دارای نواقصی هم باشد؛ اما این در حالی است که هم‌اکنون تولید برق خورشیدی حدود ۷ تا ۱۲ سنت به ازای هر کیلووات ساعت هزینه دارد و فروش آن معادل ۱۵ سنت است، این سود آوری ۲۵ تا ۱۱۰ درصدی سرمایه‌گذاری در این عرصه را از توجیه مطلوبی برخوردار میکند.

عمر متوسط پنل‌های خورشیدی بیش از ۲۵ سال است و این موضوع بازگشت سرمایه را تا حد زیادی تضمین خواهد کرد. با توجه به رکود حاضر در ساختار اقتصادیی کشور، کمتر سرمایه‌گذاری توان سوددهی بلندمدت تا این حد را دارد. همچنین قسمت عمده کشورمان از مناطق کویری تشکیل شده که تاکنون در تولید ملی سهمی نداشته‌اند. با اتصال شبکه‌های خورشیدی احداث شده در مناطق کویری میتوان از گوشه گوشه کشور برای افزایش درآمد و کمک به توسعه و پیشرفت آن بهره برد.

بد نیست بدانیم بنابر استاندارد بین‌المللی اگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از ۳٫۵ کیلووات ساعت در مترمربع (۳۵۰۰ وات ساعت) باشد، استفاده ازز مدل‌های انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سامانه‌های فتوولتاییک اقتصادی و مقرون به‌صرفه است. کارشناسان معتقدند ایران با داشتن حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال میتواند از بهترین کشورهای دنیا در زمینه تولید انرژی خورشیدی باشد که این خود نویدی است برای سرمایه‌گذارانی که در تردید بازگشت سود و سرمایه‌شان هستند.

با این نکات گفته شده موارد زیر را هم برای طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی میتوان به عنوان چشم انداز روشن بکار برد که بر اساس مصوبه هیات وزیران، قرار داد خرید تضمینی برق از نیروگاه‌های موضوع این ابلاغیه برای یک دوره بیست ساله با نرخ‌های پایه یاد شده منعقد می گردد و دوره بیست ساله قرارداد خرید تضمینی برق از تاریخ شروع قرارداد آغاز و دوره پیشبرد و احداث نیروگاه را شامل می شود.

در طول دوره قرارداد خرید تضمینی برق و پس از آن، سرمایه گذار مجاز به فروش برق در داخل کشور در قالب قرارداد دو جانبه، بورس انرژی، بازار برق و یا هر قالب دیگر مورد تأیید وزارت نیرو خواهد بود. صادرات برق نیروگاه‌های تجدیدپذیر و پاک پس از دریافت مجوز جداگانه امکان پذیر است و وزارت نیرو سیاست توسعه نیروگاه‌های تجدیدپذیر و پاک به میزان حداکثر ۲۰۰۰ مگاوات در سال توسط بخش غیردولتی را دنبال میکند.

سازمان انرژی های نو ایران موظف است تمهیدات متناسب برای تحقق این سیاست را اتخاذ نماید. و در صورتی که از مواد داخلی برای ساخت نیروگاه استفاده گردد، بر اساس مصوبه وزارت نیرو، نرخ خرید برق برای نیروگاه‌هایی که از تکنولوژی ساخت داخل استفاده میکنند تا ۳۰% قابل افزایش است.

مراحل و روند درخواست جواز تأسیس نیروگاه خورشیدی

متقاضیان احداث نیروگاه های تجدیدپذیر غیردولتی کاربرگ های تکمیل شده الف و ب و فرم تعهدنامه را به همراه نامه درخواست کتبی بانضمام مستندات لازم نظیر اساسنامه، روزنامه رسمی وآگهی تغییرات ثبتی شرکت و مختصات سایت و… را به این سازمان ارسال مینمایند تا پروانه احداث برای ظرفیت مشخص در ساختگاه معین صادر گردد.
پس از اخذ سایر مجوزهای لازم نظیر مجوز محیط زیست، اتصال به شبکه و تملک زمین، قرارداد خرید برق بلند مدت با متقاضی مبادله خواهد شد تا متقاضی عملیات اجرایی دوره احداث نیروگاه را آغاز نماید. در نیروگاههای زیست توده مبتنی بر زباله مجوز استفاده از زباله و در نیروگاه های برق آبی کوچک مجوز استفاده از خطوط و جریانهای انتقال آب نیز ضروری میباشد. لذا مراحل انجام پروژه بشرح زیر می باشد:

• مرحله اول: تشکیل پرونده و صدور پروانه احداث
  • تحویل نامه درخواست متقاضی به همراه کاربرگ های تکمیل شده الف و ب و فرم تعهدنامه به سانا
  • بررسی غیردولتی بودن متقاضی و عدم تداخل محل پروژه با سایر طرحها و تقاضاهای قبلی درسانا (استعلام کتبی از شرکت آب نیرو، آب منطقه‌ای و آب و فاضلاب فقط در مورد نیروگاههای برق آبی کوچک انجام خواهد شد)
  • صدور پروانه احداث توسط سانا
• مرحله دوم: اخذ مجوزها و عقد قرارداد
  • دریافت مجوز اتصال به شبکه، محیط زیست ومجوز تحویل زمین از مراجع ذیربط در همه نیروگاه ها
  • دریافت مجوز تخصیص آب و حریم بستر برای نیروگاههای برق آبی کوچک از شرکت مدیریت منابع آب یا شرکت آبهای منطقه‌ای یا شرکت آب و فاضلاب ذیربط
  • مبادله قرارداد خرید برق بلند مدت با متقاضی در سانا پس از کنترل و بررسی کلیه مجوزها
• مرحله سوم: دوره پیشبرد و احداث نیروگاه (پس از عقد قرارداد)
  • انجام عملیات مقدماتی و تأمین مالی پروژه در دوره پیشبرد قرارداد توسط متقاضی
  • انجام عملیات اجرایی دوره احداث نیروگاه توسط متقاضی و نظارت بر پیشرفت احداث نیروگاه توسط سانا
  • هماهنگی جهت اتصال به شبکه پس از تکمیل احداث نیروگاه (توسط سانا، مدیریت شبکه)
• مرحله چهارم: دوره بهره برداری
  • شروع بهره برداری نیروگاه و تهیه صورتحساب های ماهانه بهای برق تجدیدپذیر توسط متقاضی
  • پرداخت صورتحساب های ماهانه توسط سانا با اعمال ضرایب تعدیل و آمادگی ساعتی

دانلود رایگان مستندات مورد نیاز در طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی

کاربرگ معرفی متقاضی (فرم الف)
کاربرگ مخصوص اشخاص شرکت کاربرگ مخصوص شخص حقیقی

کاربرگ معرفی طرح (فرم ب)
کاربرگ کلیه نیروگاه های تجدیدپذیر غیر از برقابی کوچک کاربرگ برقابی کوچک

فرم تعهد نامه درخواست پروانه احداث نیروگاه‌های تجدیدپذیر

پروانه‌های احداث نیروگاه خورشیدی فتو ولتاییک غیر دولتی و شخصی با طرح توجیهی ساخت نیروگاه خورشیدی
پروانه احداث گروه مشارکت پروانه احداث شرکت

سرفصل های طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی :

• محاسبه سرمايه ثابت مورد نياز طرح نیروگاه
  – زمین
  – سرمايه مورد نياز جهت محوطه سازي نیروگاه خورشیدی
  – سرمايه مورد نياز جهت ساخت
  – سرمايه مورد نياز جهت تامين ؛ نصب و راه اندازی تاسیسات
  – سرمايه مورد نياز جهت تامين وسايل اداري  و پشتيباني
  – سرمايه مورد نياز جهت تامين , نصب و راه اندازي تجهيزات مورد نياز
  – سرمایه مورد نیاز خرید انشعابات مورد نیاز
  – هزينه هاي قبل از بهره برداري
  – جمع بندي تعیین میزان سرمایه ثابت مورد نیاز اجرای طرح
• محاسبه هزینه های عملیاتی سالانه مورد نياز طرح نیروگاه خورشیدی
  – هزینه های حقوق و مزاياي سالانه کارکنان
  – هزینه های سالانه حامل¬های انرژی و ارتباطات
  – هزینه های سالانه استهلاک
  – هزینه های سالانه نگهداری و تعمیرات
  – هزینه های سالانه اداری و پشتیبانی
  – جمع بندي تعیین میزان هزینه های عملیاتی سالانه مورد نیاز اجرای طرح
• محاسبه سرمایه در گردش مورد نياز طرح
  – هزینه های خرید سالانه مواد اولیه مورد نیاز
  – جمع بندي تعیین میزان سرمایه در گردش مورد نیاز اجرای طرح
• محاسبه سرمايه کل مورد نياز طرح
  – ارزش محصولات توليد شده
• متوسط ارزش سود خالص درطول يک سال کاري
  – محاسبه سود ناخالص
  – محاسبه سود قبل از پرداخت مالیات
  – محاسبه سود خالص
• متوسط ميزان برگشت سرمايه نسبت به سود خالص
• مدت زمان برگشت سرمايه
• تعیین نقطه سربسری– محاسبه متوسط هزینه های ثابت سالانه
  – محاسبه متوسط هزینه های متغیر سالانه
  – محاسبه نقطه سربسری ارائه خدمات ارائه شده
• تجزيه و تحليل شاخص های (نسبت های) مالی طرح
• محاسبه شاخص های تصمیم گیری و تحلیل اقتصادی
  – محاسبه ارزش فعلی خالص طرح Net Present Value ) NPV)
  – محاسبه ارزش فعلی درآمدهای طرح
  – محاسبه ارزش فعلی هزینه های طرح
  – نحوه محاسبه مقدار NPV
  – محاسبه نرخ بازگشت سرمایه NPV Ratio) NPV/I)
  – محاسبه نرخ بازده داخلی Internal Rate of Return ) IRR)
  – تحلیل حساسیت