درآمد یک نیروگاه خورشیدی
روش متداول انتقال انرژی الکتریکی به مصرف کننده ها در دهه های اخیر عمدتاً تولید توان در نیروگاه های بزرگ، افزایش ولتاژ تا حد مطلوب توسط ترانسفورماتورها به منظور کاهش تلفات انتقال ، انتقال انرژی الکتریکی از طریق خطوط طویل تا نزدیکی مصرف کننده ها و در نهایت یک یا چند مرحله کاهش ولتاژ برای تغذیه مصرف کننده ها می باشد. با افزایش میزان تقاضا برای انرژی الکتریکی ، تجدید ساختار در صنعت برق و نیز افزایش راندمان واحدهای تولیدی کوچک ، شرکت های برق تمایل بیشتری برای سوق دادن مشترکین به سمت تولید محلی برق و تامین مصارف خود دارند .
خصوصی سازی صنعت برق و توسعه انرژی های تجدید پذیر از مهمترین عوامل گسترش این نوع از تولید برق می باشد، استفاده از این نوع نیروگاهها تأثیر قابل توجهی بر مؤلفه های فنی و اقتصادی مشترکین تجاری می گذارد . برخی از مزایای استفاده از نیروگاه های تولید پراکنده عبارتند از:
1- افزایش قابلیت اطمینان
2- تولید در محل مصرف ، کاهش تلفات شبکه و آزاد سازی ظرفیت خطوط انتقال انرژی
3- بهبود پروفیل ولتاژ شبکه
4- پیک سائی
5- استفاده از فناوری انرژی های تجدید پذیر و کاهش آلودگی محیط زیست
6- امکان تولید همزمان برق ، گرمایش و سرمایش
7- پدافند غیر عامل
8- تعویق هزینه های توسعه شبکه
جهت سرمایه گذاری در حوزه تولید محلی از فناوریهای مختلف در جهان استفده می شود که یکی از آنها استفاده از پنل¬های خورشیدی می باشد . انرژی خورشیدی منحصربه‌فردترین منبع انرژی تجدیدپذیر در جهان است و منبع اصلی تمامی انرژی‌های موجود در زمین میباشد. انرژی خورشیدی به صورت مستقیم و غیرمستقیم می‌تواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گردد. ایران با داشتن حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال جزو بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی در جهان میباشد. با توجه به موقعیت جغرافیای ایران و پراکندگی روستایی در کشور، استفاده از انرژی خورشیدی یکی از مهمترین عواملی است که باید مورد توجه قرار گیرد. استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه‌های برق رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدلهای انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینه، حمل‌نقل، نگهداری و عوامل مشابه میباشد.
با توجه به استانداردهای بین‌المللی اگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از ۳٫۵ کیلووات ساعت در مترمربع (۳۵۰۰ وات بر ساعت) باشد استفاده از مدلهای انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستمهای فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است.
در بسیاری از قسمتهای ایران انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بین‌المللی میباشد و در برخی از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸ کیلو وات ساعت بر مترمربع اندازه‌گیری شده است ولی بطور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود ۴٫۵ کیلو وات ساعت بر مترمربع است.
1-2-سیستمهای فتوولتاییک
با توجه به تقاضای رو به رشد مصرف کنندگان در سطح کشور و افزایش بهای گاز طبیعی و تأکید مقررات بر محدود کردن انتشار گازهای گلخانهای، هزینه تولید برق با استفاده از سوخ تهای فسیلی را افزایش داده است. به همین دلیل، رویکرد به برق خورشیدی با استفاده از سیستم های فتوولتاییک، افزایش یافته است. سیستمهای فتوولتاییک به علت مزایای زیادی که دارند، کاربرد فراوان دارند. اولین نوع آنها در اقمار مصنوعی آزمایش و کارایی خود را به نحو احسن انجام دادند. عمر طولانی(حدود 20سال) ، قابلیت نصب و راه اندازی در شرایط جغرافیایی ویژه مانند مناطق صعب العبور و کوهستانی، قابلیت استفاده در سیستمهای متحرک، نگهداری آسان، عدم وابستگی به شبکه در نقاط دوردست و قابلیت استفاده به صورت متصل به شبکه همه مزایایی هستند که آینده درخشانی را برای استفاده از سیستم های فتوولتاییک ترسیم میکنند. میزان تولید برق از طریق سیستمهای فتوولتاییک در جهان در هر پنج سال دو برابر می شود. پیشرفتهای صنعتی و تکامل فناوریهای مورد استفاده در تولید سلولهای فتوولتاییک ، بهرهوری بالاتر و استفاده وسیعتر از این سیستمها را در پی دارد. بطوریکه در طول دو دهه گذشته، هزینه ساخت و نصب یک سیستم فتوولتاییک در حدود 20 درصد کاهش یافته و توان تولیدی هر واحد نصب شده دو برابر شده است. بطور کلی سیستم های فتوولتاییک با توجه کاربردشان به دو گروه دسته بندی می شوند:
واحدهای فتوولتاییک متصل به شبکه.
واحدهای فتوولتاییک مجزا از شبکه.
سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه همزمان و به طور موازی با شبکه ی برق سراسری توان تولید می نمایند. امروزه سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه در بسیاری از کشورهای جهان در واحدهای کوچک از 1کیلووات الی 5 کیلووات در بام منازل مسکونی و در واحدهای بزرگ تر به صورت نیروگاه های فتوولتاییک نصب و راه اندازی شده است. سرمایه گذاران این حوزه در ازای اتصال نیروگاه برق خورشیدی خود به شبکه سراسری، برق تولیدی خود را با قیمتی مناسب و سودده به شرکت توزیع نیروی برق به فروش میرساند.
همان طور که مشاهده میشود سرمایه گذاران میتوانند برق خورشیدی تولید خود را در توانهای پایینتر از 10 مگاوات به قیمت کیلووات-ساعتی 637 تومان به شبکه بفروشند.
سیستم های فتوولتاییک مستقل از شبکه نیروگاهی مستقل از شبکه ی برق سراسری عمل نموده و و قابلیت تغذیه بارهایDC و متناوب را دارا میباشند. این واحدها مستقیماً به بار متصل می شوند و تمام بار را تامین می نمایند. بنابراین برای طراحی اینگونه واحدها، بایستی مدل بار و کل توان مورد نیاز بار در یک دوره شبانه روزی محاسبه شود و ظرفیت واحد و تعداد آرایه های فتوولتاییک بر این اساس محاسبه شود. همچنین به دلیل عدم وجود شبکه برق سراسری، تمامی توان می بایستی از طریق سیستم فتوولتاییک تامین شود.
از آنجایی که سیستم فتوولتاییک قابلیت تولید پیوسته توان را ندارد (شب هنگام) و میزان تولید توان آن کاملاً به شرایط جوی وابسته می باشد(کاهش تولید در روزهای ابری و بارانی)، برای تغذیه مناسب و مطمئن بار در حالت منفصل از شبکه باید واحد فتوولتاییک به سیستم ذخیره ساز انرژی(باتری) مجهز شود. ظرفیت ذخیره ساز انرژی به میزان مصرف بار در ساعت هایی که تولید وجود ندارد،بستگی دارد. همچنین برای افزایش حاشیه امنیت، باید سیستم ذخیره ساز انرژی قابلیت تغذیه کل بار سیستم را بدون استفاده از انرژی سیستم فتوولتاییک برای چند روز داشته باشد، زیرا در صورتیکه چند روز متوالی شرایط جوی مناسب نباشد( چند روز ابری متوالی)، می بایست بارهای محلی را تغذیه نماید. سیستم فتوولتاییک مجهز به باتری برای ذخیره انرژی است و متناوب را دارا می باشد. در این حالت، سیستم فتوولتاییک باید مجهز به مکانیزمی برای تنظیم فرکانس و ولتاژ مناسب برای تغذیه بار مصرفی باشد.
اما در این پروژه(ایران خودرو) از انجایی که سیستم نیروگاه خورشیدی در حالت متصل به شبکه میباشد باتریها و شارژر آنها در قیمت نیروگاه دخالت داده نشده است. فضای مورد نیاز برای هر یک کیلووات پنل ثابت در حدود 10 متر مربع میباشد.
1-4-محاسبه هزینه ها
هزینه نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه در حالت کلی شامل هزینه پنل ، هزینه اینورتر، هزینه استراکچر و هزینه تجهیزات الکتریکال نظیر سیستم زمین و کابلهای AC و تابلوهای مورد نظر میباشد.
1-4-1-هزینه ی احداث نیروگاه خورشیدی 1 مگاوات در حالت متصل به شبکه
در این حالت تمام توان تولید شده توسط نیروگاه خورشیدی به شبکه(با قیمت کیلووات ساعتی 637 تومان) فروخته میشود و هزینه اولیه نیروگاه در طی 5 سال و یک ماه بازگشت خواهد داشت. با داشتن هزینه اولیه نیروگاه 1 مگاوات خورشیدی میتوان سرمایه مورد نیاز برای توانهای بالاتر را نیز تخمین زد.
در مناطق مرکزی ایران هر ۱ کیلووات سیستم خورشیدی فتوولتاییک سالانه تقریبا ۲۲۰۰ کیلووات ساعت انرژی میتونه به شبکه تزریق بکنه. با این حساب سیستمی با توان ۵ کیلووات، سالانه ۱۱ هزار کیلووات ساعت انرژی تولید میکنه که با احتساب نرخ ۷۹۰ تومان به ازای هر کیلووات ساعت میشود تقریبا درآمد سالانه ۸،۷ میلیون تومان. یعنی ماهانه ۷۲۵ هزار تومان.
خصوصی سازی صنعت برق و توسعه انرژی های تجدید پذیر از مهمترین عوامل گسترش این نوع از تولید برق می باشد، استفاده از این نوع نیروگاهها تأثیر قابل توجهی بر مؤلفه های فنی و اقتصادی مشترکین تجاری می گذارد . برخی از مزایای استفاده از نیروگاه های تولید پراکنده عبارتند از:
1- افزایش قابلیت اطمینان
2- تولید در محل مصرف ، کاهش تلفات شبکه و آزاد سازی ظرفیت خطوط انتقال انرژی
3- بهبود پروفیل ولتاژ شبکه
4- پیک سائی
5- استفاده از فناوری انرژی های تجدید پذیر و کاهش آلودگی محیط زیست
6- امکان تولید همزمان برق ، گرمایش و سرمایش
7- پدافند غیر عامل
8- تعویق هزینه های توسعه شبکه
جهت سرمایه گذاری در حوزه تولید محلی از فناوریهای مختلف در جهان استفده می شود که یکی از آنها استفاده از پنل¬های خورشیدی می باشد . انرژی خورشیدی منحصربه‌فردترین منبع انرژی تجدیدپذیر در جهان است و منبع اصلی تمامی انرژی‌های موجود در زمین میباشد. انرژی خورشیدی به صورت مستقیم و غیرمستقیم می‌تواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گردد. ایران با داشتن حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال جزو بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی در جهان میباشد. با توجه به موقعیت جغرافیای ایران و پراکندگی روستایی در کشور، استفاده از انرژی خورشیدی یکی از مهمترین عواملی است که باید مورد توجه قرار گیرد. استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه‌های برق رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدلهای انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینه، حمل‌نقل، نگهداری و عوامل مشابه میباشد.
با توجه به استانداردهای بین‌المللی اگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از ۳٫۵ کیلووات ساعت در مترمربع (۳۵۰۰ وات بر ساعت) باشد استفاده از مدلهای انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستمهای فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است.
در بسیاری از قسمتهای ایران انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بین‌المللی میباشد و در برخی از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸ کیلو وات ساعت بر مترمربع اندازه‌گیری شده است ولی بطور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود ۴٫۵ کیلو وات ساعت بر مترمربع است.
1-2-سیستمهای فتوولتاییک
با توجه به تقاضای رو به رشد مصرف کنندگان در سطح کشور و افزایش بهای گاز طبیعی و تأکید مقررات بر محدود کردن انتشار گازهای گلخانهای، هزینه تولید برق با استفاده از سوخ تهای فسیلی را افزایش داده است. به همین دلیل، رویکرد به برق خورشیدی با استفاده از سیستم های فتوولتاییک، افزایش یافته است. سیستمهای فتوولتاییک به علت مزایای زیادی که دارند، کاربرد فراوان دارند. اولین نوع آنها در اقمار مصنوعی آزمایش و کارایی خود را به نحو احسن انجام دادند. عمر طولانی(حدود 20سال) ، قابلیت نصب و راه اندازی در شرایط جغرافیایی ویژه مانند مناطق صعب العبور و کوهستانی، قابلیت استفاده در سیستمهای متحرک، نگهداری آسان، عدم وابستگی به شبکه در نقاط دوردست و قابلیت استفاده به صورت متصل به شبکه همه مزایایی هستند که آینده درخشانی را برای استفاده از سیستم های فتوولتاییک ترسیم میکنند. میزان تولید برق از طریق سیستمهای فتوولتاییک در جهان در هر پنج سال دو برابر می شود. پیشرفتهای صنعتی و تکامل فناوریهای مورد استفاده در تولید سلولهای فتوولتاییک ، بهرهوری بالاتر و استفاده وسیعتر از این سیستمها را در پی دارد. بطوریکه در طول دو دهه گذشته، هزینه ساخت و نصب یک سیستم فتوولتاییک در حدود 20 درصد کاهش یافته و توان تولیدی هر واحد نصب شده دو برابر شده است. بطور کلی سیستم های فتوولتاییک با توجه کاربردشان به دو گروه دسته بندی می شوند:
واحدهای فتوولتاییک متصل به شبکه.
واحدهای فتوولتاییک مجزا از شبکه.
سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه همزمان و به طور موازی با شبکه ی برق سراسری توان تولید می نمایند. امروزه سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه در بسیاری از کشورهای جهان در واحدهای کوچک از 1کیلووات الی 5 کیلووات در بام منازل مسکونی و در واحدهای بزرگ تر به صورت نیروگاه های فتوولتاییک نصب و راه اندازی شده است. سرمایه گذاران این حوزه در ازای اتصال نیروگاه برق خورشیدی خود به شبکه سراسری، برق تولیدی خود را با قیمتی مناسب و سودده به شرکت توزیع نیروی برق به فروش میرساند.
همان طور که مشاهده میشود سرمایه گذاران میتوانند برق خورشیدی تولید خود را در توانهای پایینتر از 10 مگاوات به قیمت کیلووات-ساعتی 637 تومان به شبکه بفروشند.
سیستم های فتوولتاییک مستقل از شبکه نیروگاهی مستقل از شبکه ی برق سراسری عمل نموده و و قابلیت تغذیه بارهایDC و متناوب را دارا میباشند. این واحدها مستقیماً به بار متصل می شوند و تمام بار را تامین می نمایند. بنابراین برای طراحی اینگونه واحدها، بایستی مدل بار و کل توان مورد نیاز بار در یک دوره شبانه روزی محاسبه شود و ظرفیت واحد و تعداد آرایه های فتوولتاییک بر این اساس محاسبه شود. همچنین به دلیل عدم وجود شبکه برق سراسری، تمامی توان می بایستی از طریق سیستم فتوولتاییک تامین شود.
از آنجایی که سیستم فتوولتاییک قابلیت تولید پیوسته توان را ندارد (شب هنگام) و میزان تولید توان آن کاملاً به شرایط جوی وابسته می باشد(کاهش تولید در روزهای ابری و بارانی)، برای تغذیه مناسب و مطمئن بار در حالت منفصل از شبکه باید واحد فتوولتاییک به سیستم ذخیره ساز انرژی(باتری) مجهز شود. ظرفیت ذخیره ساز انرژی به میزان مصرف بار در ساعت هایی که تولید وجود ندارد،بستگی دارد. همچنین برای افزایش حاشیه امنیت، باید سیستم ذخیره ساز انرژی قابلیت تغذیه کل بار سیستم را بدون استفاده از انرژی سیستم فتوولتاییک برای چند روز داشته باشد، زیرا در صورتیکه چند روز متوالی شرایط جوی مناسب نباشد( چند روز ابری متوالی)، می بایست بارهای محلی را تغذیه نماید. سیستم فتوولتاییک مجهز به باتری برای ذخیره انرژی است و متناوب را دارا می باشد. در این حالت، سیستم فتوولتاییک باید مجهز به مکانیزمی برای تنظیم فرکانس و ولتاژ مناسب برای تغذیه بار مصرفی باشد.
اما در این پروژه(ایران خودرو) از انجایی که سیستم نیروگاه خورشیدی در حالت متصل به شبکه میباشد باتریها و شارژر آنها در قیمت نیروگاه دخالت داده نشده است. فضای مورد نیاز برای هر یک کیلووات پنل ثابت در حدود 10 متر مربع میباشد.
1-4-محاسبه هزینه ها
هزینه نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه در حالت کلی شامل هزینه پنل ، هزینه اینورتر، هزینه استراکچر و هزینه تجهیزات الکتریکال نظیر سیستم زمین و کابلهای AC و تابلوهای مورد نظر میباشد.
1-4-1-هزینه ی احداث نیروگاه خورشیدی 1 مگاوات در حالت متصل به شبکه
در این حالت تمام توان تولید شده توسط نیروگاه خورشیدی به شبکه(با قیمت کیلووات ساعتی 637 تومان) فروخته میشود و هزینه اولیه نیروگاه در طی 5 سال و یک ماه بازگشت خواهد داشت. با داشتن هزینه اولیه نیروگاه 1 مگاوات خورشیدی میتوان سرمایه مورد نیاز برای توانهای بالاتر را نیز تخمین زد.
در مناطق مرکزی ایران هر ۱ کیلووات سیستم خورشیدی فتوولتاییک سالانه تقریبا ۲۲۰۰ کیلووات ساعت انرژی میتونه به شبکه تزریق بکنه. با این حساب سیستمی با توان ۵ کیلووات، سالانه ۱۱ هزار کیلووات ساعت انرژی تولید میکنه که با احتساب نرخ ۷۹۰ تومان به ازای هر کیلووات ساعت میشود تقریبا درآمد سالانه ۸،۷ میلیون تومان. یعنی ماهانه ۷۲۵ هزار تومان.