انواع نیروگاه‌های خورشیدی | هزینه نیروگاه | طرز کارکرد

در سال‌های اخیر، با توجه به محدودیت منابع انرژی فسیلی و افزایش نگرانی‌ها درباره‌ی تغییرات اقلیمی و انتشار گازهای گلخانه‌ای، استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر، به‌ویژه نیروگاه‌ خورشیدی، به‌طور چشمگیری رشد کرده است. افزایش مصرف سوخت‌های فسیلی و آلودگی‌های ناشی از آن، جهان را با مشکلاتی چون گرمایش زمین مواجه کرده است. در این میان، انرژی خورشیدی به عنوان یکی از پاک‌ترین منابع انرژی شناخته می‌شود.

ایران با داشتن متوسط 300 روز آفتابی در سال و وسعت بیابانی زیاد، یکی از کشورهایی است که پتانسیل بالایی برای احداث نیروگاه‌های خورشیدی دارد. این نیروگاه‌ها از طریق تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی، راهی مؤثر برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی ارائه می‌دهند.

در این مقاله، انواع نیروگاه‌های خورشیدی، نحوه کارکرد آن‌ها و هزینه‌های مرتبط با احداث آن‌ها را بررسی خواهیم کرد.

انواع نیروگاه‌های خورشیدی

نیروگاه‌های خورشیدی به دو دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند:

• نیروگاه خورشیدی حرارتی
• نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک

1. نیروگاه خورشیدی حرارتی

در نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی، از گرمای خورشید برای تولید برق استفاده می‌شود. این نوع نیروگاه‌ها از سیستم‌های متمرکزکننده حرارت بهره می‌برند و با استفاده از توربین و ژنراتور، انرژی گرمایی را به برق تبدیل می‌کنند. نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی به پنج نوع اصلی تقسیم می‌شوند:

1-1. نیروگاه سهموی خطی (Parabolic Trough)

این نیروگاه‌ها از آینه‌های شیشه‌ای سهموی‌شکل استفاده می‌کنند که نور خورشید را روی لوله‌های جاذب متمرکز می‌کنند. سیال داخل لوله (معمولاً روغن حرارتی) گرما را جذب کرده و به آب منتقل می‌کند. آب گرم تبدیل به بخار شده و توربین‌ها را برای تولید برق به حرکت درمی‌آورد. ظرفیت این نیروگاه‌ها بین 30 تا 150 مگاوات متغیر است.

1-2. نیروگاه بشقابک سهموی (Parabolic Dish)

این نیروگاه‌ها شبیه دیش ماهواره هستند و از مواد بازتابنده برای متمرکز کردن نور خورشید استفاده می‌کنند. یک موتور استرلینگ در نقطه کانونی قرار دارد که گرما را به انرژی مکانیکی و سپس الکتریکی تبدیل می‌کند. هر بشقابک سهموی می‌تواند بین 10 تا 15 مگاوات برق تولید کند.

1-3. نیروگاه دودکش خورشیدی (Solar Chimney)

در این نیروگاه‌ها، یک برج بلند در مرکز قرار دارد و اطراف آن با شیشه‌های جاذب پوشیده می‌شود. هوای گرم‌شده زیر شیشه‌ها به سمت دودکش حرکت می‌کند و توربین‌های نصب‌شده در پایین دودکش را به چرخش درمی‌آورد.

1-4. نیروگاه دریافت‌کننده مرکزی (CRS)

این نیروگاه‌ها از تعداد زیادی آینه مسطح به نام هلیوستات تشکیل شده‌اند که نور خورشید را روی یک دریافت‌کننده در بالای برج متمرکز می‌کنند. در این سیستم، آب یا سیالات خاصی مانند نمک‌های مذاب به عنوان جاذب گرما استفاده می‌شوند.

1-5. نیروگاه کلکتورهای فرزنل (Fresnel Collector)

در این نیروگاه‌ها، آینه‌های تخت و باریک نور خورشید را روی لوله‌های جاذب متمرکز می‌کنند. سیال داخل لوله (معمولاً روغن حرارتی یا آب) گرم شده و برای تولید بخار و به حرکت درآوردن توربین‌ها استفاده می‌شود.

پرکاربردترین منابع انرژی تجدیدپذیر در جهان را بشناسید.

2. نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک

نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک یکی از روش‌های پرکاربرد و پیشرفته برای تولید انرژی الکتریکی از نور خورشید هستند. این نوع نیروگاه‌ها با استفاده از فناوری سلول‌های خورشیدی، انرژی تابشی خورشید را مستقیماً به برق تبدیل می‌کنند. ساختار اصلی این نیروگاه‌ها شامل پنل‌های خورشیدی است که از سلول‌های خورشیدی تشکیل شده‌اند. سلول‌های خورشیدی از مواد نیمه‌رسانا، مانند سیلیکون، ساخته می‌شوند. این مواد قابلیت تبدیل انرژی نورانی به جریان الکتریکی را دارند.

فناوری فتوولتائیک به دلیل مزیت‌های فراوانی که دارد، به‌ویژه در مناطقی که میزان تابش خورشید بالاست، به یکی از گزینه‌های اصلی تولید انرژی پاک و تجدیدپذیر تبدیل شده است. ایران، به‌عنوان کشوری که در کمربند خورشیدی جهان قرار دارد، پتانسیل بسیار بالایی برای استفاده از این فناوری دارد. نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک در ایران به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند: نیروگاه‌های خورشیدی جدا از شبکه و نیروگاه‌های خورشیدی متصل به شبکه. در ادامه به بررسی هر یک از این دو نوع نیروگاه می‌پردازیم.

2-1. نیروگاه خورشیدی جدا از شبکه

نیروگاه‌های خورشیدی جدا از شبکه (Off-Grid Solar Power Plants) به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به شبکه برق سراسری متصل نیستند. این نوع نیروگاه‌ها معمولاً در مناطقی که دسترسی به شبکه برق وجود ندارد یا امکان اتصال به شبکه بسیار پرهزینه است، مورد استفاده قرار می‌گیرند. به همین دلیل، این سیستم‌ها به‌عنوان یک راه‌حل مؤثر برای تأمین برق مناطق دورافتاده، روستاها، و مناطقی که به شبکه برق دسترسی ندارند، شناخته می‌شوند.

در این نوع سیستم‌ها، برق تولیدی از طریق پنل‌های خورشیدی در باتری‌ها ذخیره می‌شود. این باتری‌ها انرژی الکتریکی را برای استفاده در زمان‌های مختلف، به‌ویژه مواقعی که تابش خورشید وجود ندارد (مانند شب‌ها یا روزهای ابری)، ذخیره می‌کنند. اجزای اصلی نیروگاه‌های خورشیدی جدا از شبکه عبارت‌اند از:

• پنل‌های خورشیدی: برای تبدیل نور خورشید به انرژی الکتریکی.
• باتری‌ها: برای ذخیره‌سازی انرژی تولیدی.
• اینورترها: برای تبدیل جریان مستقیم (DC) تولیدشده توسط پنل‌ها به جریان متناوب (AC) موردنیاز دستگاه‌های الکتریکی.
• کنترل‌کننده‌های شارژ: برای مدیریت و کنترل فرآیند شارژ و تخلیه باتری‌ها.

مزایای این نوع نیروگاه‌ها عبارت‌اند از:

1. استقلال از شبکه برق: نیازی به اتصال به شبکه برق سراسری نیست.
2. مناسب برای مناطق دورافتاده: بهترین گزینه برای مناطقی که هزینه اتصال به شبکه برق بسیار زیاد است.
3. برق اضطراری: این سیستم‌ها می‌توانند به‌عنوان منبع برق اضطراری در مواقع قطعی برق استفاده شوند.

با این حال، هزینه باتری‌ها و محدودیت‌های ذخیره‌سازی انرژی از چالش‌های اصلی این نوع نیروگاه‌ها محسوب می‌شوند.

2-2. نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه

نیروگاه‌های خورشیدی متصل به شبکه (On-Grid Solar Power Plants) یکی از پرکاربردترین انواع نیروگاه‌های خورشیدی هستند. در این سیستم‌ها، برق تولیدی توسط پنل‌های خورشیدی از طریق اینورترهای متصل به شبکه به برق سراسری تزریق می‌شود. اینورترها وظیفه تبدیل جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب (AC) را بر عهده دارند، زیرا شبکه برق سراسری از جریان متناوب استفاده می‌کند.

یکی از مزیت‌های اصلی نیروگاه‌های متصل به شبکه این است که نیازی به ذخیره‌سازی انرژی در باتری‌ها ندارند. به این ترتیب، هزینه‌های مربوط به باتری‌ها که معمولاً بخش زیادی از هزینه‌های نیروگاه‌های جدا از شبکه را شامل می‌شود، در این نوع نیروگاه‌ها حذف می‌شود.

در ایران، دولت سیاست‌های حمایتی ویژه‌ای برای توسعه نیروگاه‌های خورشیدی متصل به شبکه در نظر گرفته است. از جمله این سیاست‌ها می‌توان به طرح خرید تضمینی برق (FIT) اشاره کرد. بر اساس این طرح:

• برق تولیدی نیروگاه‌های خورشیدی متصل به شبکه توسط دولت به مدت 20 سال با قیمت تضمینی خریداری می‌شود.
• این قیمت تضمینی به‌گونه‌ای تعیین شده است که سرمایه‌گذاران بتوانند در کوتاه‌مدت هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه خود را جبران کنند و سود مناسبی به دست آورند.
• کنتورهای دوطرفه در این سیستم‌ها نصب می‌شوند که علاوه بر اندازه‌گیری برق مصرفی مشترک، میزان برق تولیدی و تزریقی به شبکه را نیز محاسبه می‌کنند.

مزایای نیروگاه‌های خورشیدی متصل به شبکه عبارت‌اند از:

1. بدون نیاز به باتری: کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری و تعمیر و نگهداری.
2. تزریق برق به شبکه: امکان تأمین برق اضافی موردنیاز شبکه.
3. سودآوری اقتصادی: با توجه به طرح خرید تضمینی برق و کاهش هزینه‌های انرژی، این نیروگاه‌ها گزینه بسیار مناسبی برای سرمایه‌گذاری هستند.
4. دوام بالا: این سیستم‌ها معمولاً عمر مفید بالایی (بیش از 20 سال) دارند و نیاز به تعمیر و نگهداری زیادی ندارند.

نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک یکی از بهترین راهکارها برای تولید انرژی پاک و تجدیدپذیر هستند. در ایران، با توجه به میزان بالای تابش خورشید و سیاست‌های حمایتی دولت، استفاده از این نیروگاه‌ها به‌ویژه نیروگاه‌های متصل به شبکه، روند رو به رشدی دارد. نیروگاه‌های جدا از شبکه نیز به‌عنوان راه‌حلی مناسب برای تأمین برق مناطق دورافتاده و بدون دسترسی به شبکه برق، نقش مهمی ایفا می‌کنند. سرمایه‌گذاری در این بخش، علاوه بر کمک به کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی، می‌تواند به توسعه پایدار و رفع نیازهای انرژی کشور کمک شایانی کند.

هزینه راه‌اندازی نیروگاه خورشیدی

احداث نیروگاه‌های خورشیدی یکی از مهم‌ترین راهکارها برای تولید انرژی پاک و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی است. هزینه راه‌اندازی نیروگاه خورشیدی به ظرفیت تولید، نوع تجهیزات و محل نصب بستگی دارد. برای مثال، راه‌اندازی یک نیروگاه خورشیدی 1 مگاواتی نیازمند برنامه‌ریزی دقیق و تهیه یک طرح توجیهی جامع است.

طرح توجیهی شامل جزئیات فنی پروژه مانند انتخاب پنل‌ها، نوع اینورترها، سیستم‌های پشتیبانی و هزینه‌های نصب و نگهداری است. همچنین، درآمدهای پیش‌بینی‌شده از فروش برق به شبکه سراسری و نقشه‌های مربوط به مکان پروژه نیز در این طرح مشخص می‌شوند. عوامل دیگری مانند نرخ ارز، تعرفه خرید تضمینی برق توسط دولت و شرایط آب‌وهوایی محل احداث نیز تأثیر بسزایی در هزینه نهایی دارند.

به طور کلی، هزینه راه‌اندازی نیروگاه خورشیدی 1 مگاواتی در ایران بین 500 هزار تا 1 میلیون دلار برآورد می‌شود. این هزینه شامل خرید پنل‌های خورشیدی، اینورترها، تجهیزات نصب و زیرساخت‌های مرتبط است.

اگرچه هزینه اولیه بالا به نظر می‌رسد، اما این سرمایه‌گذاری به دلیل درآمد ثابت 20 ساله از فروش برق به شبکه و کاهش هزینه‌های انرژی در بلندمدت بسیار مقرون‌به‌صرفه است. با توجه به پتانسیل بالای ایران در دریافت تابش خورشیدی، بازگشت سرمایه در نیروگاه‌های خورشیدی سریع‌تر از بسیاری از پروژه‌های مشابه در سایر کشورها رخ می‌دهد.

درآمد نیروگاه خورشیدی

درآمد حاصل از نیروگاه‌های خورشیدی به عوامل متعددی بستگی دارد که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به راندمان پنل‌های خورشیدی، میزان تابش خورشید در محل نصب، تعرفه خرید تضمینی برق توسط دولت و ظرفیت نیروگاه اشاره کرد. هر چه راندمان پنل‌ها بالاتر و مکان موردنظر آفتابی‌تر باشد، میزان برق تولیدی افزایش یافته و درآمد نیروگاه نیز بیشتر خواهد بود.

در ایران، دولت برای حمایت از انرژی‌های تجدیدپذیر، طرح خرید تضمینی برق تولیدی نیروگاه‌های خورشیدی را اجرا کرده است. این طرح به سرمایه‌گذاران این امکان را می‌دهد که برق تولیدی خود را به مدت 20 سال با نرخ‌های مشخص به شبکه سراسری بفروشند. طبق آخرین تعرفه‌ها، نرخ خرید برق برای نیروگاه‌های کوچک‌تر از 20 کیلووات حدود 25,000 ریال به ازای هر کیلووات‌ساعت است. برای نیروگاه‌هایی با ظرفیت بین 20 تا 200 کیلووات، این نرخ به حدود 22,000 ریال کاهش می‌یابد.

به عنوان مثال، یک نیروگاه خورشیدی 20 کیلوواتی قادر است ماهانه بین 7 تا 8 میلیون تومان درآمدزایی داشته باشد. این مقدار می‌تواند در مناطق پرتابش نظیر استان‌های جنوبی یا مرکزی ایران بیشتر شود.

از سوی دیگر، نیروگاه‌های خورشیدی بزرگ‌تر نیز درآمد قابل‌توجهی دارند. به عنوان مثال، یک نیروگاه 1 مگاواتی می‌تواند سالانه میلیاردها تومان درآمد کسب کند. این موضوع، با توجه به هزینه‌های نسبتاً پایین نگهداری و عمر بالای پنل‌های خورشیدی (حدود 25 سال)، باعث می‌شود سرمایه‌گذاری در این حوزه سودآوری بالایی داشته باشد.

تاریخچه نیروگاه‌های خورشیدی در ایران

استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان یکی از منابع تجدیدپذیر، در ایران از دهه‌های گذشته مورد توجه قرار گرفته است. اولین نیروگاه خورشیدی در ایران در سال 1375 در شهر شیراز احداث شد. این نیروگاه با ظرفیت تولید 30 کیلووات، شامل 684 پنل خورشیدی 40 واتی بود. اما بهره‌برداری از این نیروگاه تا سال 1384 به طول انجامید. این نیروگاه به عنوان یکی از پروژه‌های پایلوت در زمینه استفاده از انرژی خورشیدی در ایران شناخته می‌شود و نقش مهمی در معرفی و توسعه فناوری انرژی‌های تجدیدپذیر در کشور داشت.

با افزایش آگاهی جهانی درباره تأثیرات منفی سوخت‌های فسیلی و تلاش‌های بین‌المللی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، ایران نیز به مرور زمان به سمت توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر حرکت کرد. نقطه عطف در این مسیر، توافق برجام در سال 1394 بود که با ورود سرمایه‌گذاران خارجی، رونق چشمگیری در ساخت نیروگاه‌های خورشیدی ایجاد کرد. در این دوره، موانع بانکی کاهش یافت و سرمایه‌گذاری‌های خارجی به پروژه‌های بزرگ اختصاص یافت.

بین سال‌های 1395 تا 1397، بسیاری از نیروگاه‌های خورشیدی بزرگ در ایران احداث شدند. از جمله این پروژه‌ها می‌توان به نیروگاه‌های خورشیدی همدان، کرمان و یزد اشاره کرد که ظرفیت تولید برق تجدیدپذیر کشور را به طور قابل توجهی افزایش دادند. این پیشرفت‌ها نقش مهمی در کاهش وابستگی ایران به سوخت‌های فسیلی داشتند و جایگاه ایران را در حوزه انرژی‌های خورشیدی در منطقه ارتقا دادند.

بزرگ‌ترین نیروگاه خورشیدی جهان

در سطح جهان، کشورها به دنبال استفاده از انرژی خورشیدی برای تأمین بخشی از نیازهای انرژی خود هستند. بزرگ‌ترین نیروگاه خورشیدی جهان، نیروگاه “بادلا سولار” در هند است که نمادی از تعهد این کشور به استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر محسوب می‌شود. این نیروگاه در منطقه بیابانی راجستان، یکی از آفتابی‌ترین مناطق هند، واقع شده است. بادلا سولار با ظرفیت تولید برق 2.25 گیگاوات، یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌های انرژی خورشیدی در تاریخ به شمار می‌رود.

این نیروگاه در سال 2017 افتتاح شد و از بیش از 10 میلیون پنل خورشیدی تشکیل شده است که در مساحتی به وسعت 16,000 هکتار مستقر شده‌اند. موقعیت مکانی این نیروگاه و تابش بالای خورشید در این منطقه، شرایط ایده‌آلی برای بهره‌برداری از انرژی خورشیدی فراهم کرده است.

بادلا سولار نه‌تنها از نظر ظرفیت تولید، بلکه از لحاظ تأثیرات زیست‌محیطی نیز اهمیت دارد. این نیروگاه به کاهش قابل توجه انتشار گازهای گلخانه‌ای در هند کمک کرده و سالانه میلیون‌ها تن دی‌اکسید کربن را از ورود به جو زمین بازمی‌دارد. علاوه بر این، این پروژه هزاران شغل مستقیم و غیرمستقیم در منطقه ایجاد کرده و نمونه‌ای از موفقیت در استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر به شمار می‌رود.

این نیروگاه به عنوان نمادی از سرمایه‌گذاری بلندمدت در انرژی‌های پاک، الهام‌بخش سایر پروژه‌های مشابه در جهان بوده است.

جمع بندی

استفاده از نیروگاه‌ خورشیدی یکی از بهترین راهکارها برای کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی و تأمین انرژی پایدار است. ایران با وجود منابع طبیعی مناسب، ظرفیت بالایی برای توسعه این نیروگاه‌ها دارد. با سرمایه‌گذاری در این حوزه، می‌توان علاوه بر کمک به محیط‌زیست، درآمد قابل توجهی نیز کسب کرد. برای کسب اطلاعات بیشتر، می توانید با نمایندگی های فروش پنل خورشیدی در شیراز ارتباط برقرار کنید.