المصدر: roedl.com
بالإضافة إلى إمكانية تحقيق انخفاض في تكلفة الطاقة المستوية، توفر وحدات الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه فرصًا جديدة للتركيب والتسويق. وهذا بدوره يأتي مع مزايا ذات صلة مثل العائدات الإضافية وكثافات الطاقة الأعلى. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لملف توليد الطاقة الخاص بها، توفر الوحدات ثنائية الوجه المثبتة رأسياً مزايا سعر الكهرباء في الأوقات التي يتعين فيها تسويق الكهرباء دون دعم EEG ويمكن أن تساعد في فتح استخدامات جديدة للمناطق التي يصعب الوصول إليها بخلاف ذلك.
معلومات اساسية
من حيث المبدأ، فإن وحدات الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه هي ببساطة وحدات طاقة كهروضوئية تم استبدال اتصالها الخلفي الكامل باتصال بصمة الإصبع. وهذا يعني أنه يمكن أيضًا تعريض الجزء الخلفي من اللوحة للإشعاع الشمسي واستخدامه لإنتاج الطاقة. تعتمد كمية الإشعاع الشمسي التي سيستقبلها الجزء الخلفي من اللوحة، في المقام الأول، على انعكاس السطح المحيط وعلى طريقة تركيب الوحدات. ما يسمى بقيمة البياض هو مقياس مدى قدرة السطح على عكس الإشعاع الشمسي. على سبيل المثال، تبلغ قيمة البياض حوالي 10٪ للشمس المرتفعة فوق المياه العميقة، و10٪ - 30٪ للمروج، وما يصل إلى 75٪ - 95٪ للثلوج المتساقطة حديثًا.1قيمة البياض للسطح المحيط هي عامل مهم في زيادة العائد (انظر الرسم التوضيحي2).
هناك عامل آخر وهو ما يسمى "عامل ثنائية الأوجه" وهو مقياس لمقدار الطاقة التي سينتجها الجزء الخلفي من اللوحة مقارنة بالجزء الأمامي من اللوحة. في الوقت الحاضر، في الوحدات ثنائية الأوجه، تتراوح عوامل ثنائية الأوجه عادة بين 70% و95%. على سبيل المثال، يعني عامل ثنائية الأوجه 95% أنه في نفس الظروف، سينتج الجزء الخلفي 95% فقط من الطاقة التي ينتجها الجزء الأمامي. ولكن في النهاية، فإن مكسب العائد هو المهم، وهنا، إذا تم وضع المنشأة في موقع مناسب في ظروف تركيب مثالية (قيمة بياض عالية مثل الثلج أو سطح سقف مشرق، توجيه مثالي، بدون تظليل)، يمكن أن تتراوح القيم المحتملة لمكسب العائد بين 30% و50% سنويًا3في ألمانيا، على أية حال، ينبغي أن نتوقع أن يتراوح معدل العائد بين 5% و15% سنويا، اعتمادا على تصميم النظام والسطح الموجود أسفل الوحدة.
اعتبارات أساسية حول تأثير البياض على زيادة العائد
تصميمات الأنظمة المبتكرة
ما يميز الوحدات ثنائية الوجه هو أنه بالإضافة إلى مكاسب العائد الناتجة عن الجانب الخلفي، فإن هذا النوع من الوحدات يوفر أيضًا خيارات تركيب أخرى. بالتأكيد، التغيير الأكثر جذرية مقارنة بالألواح التقليدية هو التركيب الرأسي. والأكثر شيوعًا هو اتجاه الألواح من الشرق إلى الغرب. وهذا يستلزم اختلافين رئيسيين مقارنة بالتخطيط التقليدي.
أولاً وقبل كل شيء، يتضمن التخطيط الرأسي تغييراً في نمط الإنتاج. فبدلاً من ذروة واحدة في منتصف النهار، يتم الآن إنتاج ذروتين: واحدة في الصباح وأخرى في فترة ما بعد الظهر، على الرغم من أن الإنتاج بعد منتصف النهار يظل مرتفعاً نسبياً. بالإضافة إلى حقيقة أن محطات الطاقة القليلة المماثلة تحقق مكاسب في العائد تتراوح بين 5% و10%، فإن الميزة الحقيقية هي أنه يتم الآن توليد المزيد من الكهرباء وسط أسعار السوق الفورية المتزايدة عموماً. في ألمانيا وفي جميع أنحاء العالم، يمكن ملاحظة أن المزيد والمزيد من محطات الطاقة يتم التخطيط لها أو بناؤها دون دعم من EEG.4 وفي حالة محطات الطاقة هذه، سيكون سعر الكهرباء المستقبلي المحدد في بورصة الكهرباء مهماً للاعتبارات المتعلقة بالربحية. يمكن أن تصبح القدرة على تجنب ما يسمى "تأثير أكل لحوم البشر" (أي انخفاض سعر الذروة في منتصف النهار حتى مستوى الأسعار السلبية) لمحطات الطاقة الكهروضوئية عاملاً حاسماً. يوضح تحليل سوق الكهرباء الإسبانية بوضوح الطبيعة المثيرة للجدل لمشكلة أسعار الكهرباء غير المدعومة.5
التركيب التقليدي مقابل التركيب الرأسي: ملف توليد الطاقة وأسعار السوق الفورية اعتبارًا من 26/05/2017؛ المصدر: Next2Sun
إن الفارق الكبير الآخر بين الألواح الشمسية الكهروضوئية هو التغيير في استخدام الأرض. فمقارنة بالألواح المركبة تقليديا، تتطلب الألواح الشمسية الكهروضوئية ثنائية الأوجه المركبة رأسيا مسافات أكبر بكثير بين الصفوف لتجنب الإفراط في استخدام الأراضي. ومن ناحية أخرى، يؤدي هذا إلى انخفاض معدلات استخدام الأراضي، ومن ناحية أخرى، فإن مسافات الصفوف الأكبر هي التي تساعد على بقاء الأرض صالحة للاستخدام للأغراض الزراعية على الأقل مع بعض القيود. وفي النهاية، يعني الحفاظ على الإنتاجية الزراعية إمكانية خفض تكاليف إيجار الأراضي مقارنة بمحطات الطاقة التقليدية وبالتالي إمكانية مواجهة مشكلة استهلاك الأراضي المتزايدة على أساس نموذج تعاون مبتكر. ولأن مطوري المشاريع يسعون عادة إلى تحقيق أقصى قدر من القدرة المركبة لتحسين الهوامش عند بيع محطة الطاقة، فإن هذا المفهوم سيكون أكثر إثارة للاهتمام لموردي الطاقة. وبالتالي، يمكن تبديد الشكوك الشائعة حول استهلاك الأراضي. وهنا، من المثير للاهتمام مفهوم التعاون مع التعاونيات الزراعية التي تمتلك مساحات شاسعة من الأراضي، على سبيل المثال في ألمانيا الشرقية.
ميزة أخرى للتركيب الرأسي هي تقليل الخسائر الناجمة عن ترسب الثلوج على
سطح الوحدات. علاوة على ذلك، ووفقًا للدراسات الأولية، فإن الخسائر الناجمة عن التلوث أقل بكثير (وهذا ينطبق على المناطق الصحراوية).6
لا تعتمد ملاءمة الوحدات ثنائية الوجه للاستخدام في أنواع معينة من محطات الطاقة على حقيقة استخدام جانبي اللوحة فحسب، بل تعتمد أيضًا على شفافية الوحدة الزجاجية الزجاجية. وبالتالي، فهي الأنسب للتركيب في مواقف السيارات، وعلى حواجز الضوضاء، كعناصر للمباني، وفي الألواح الكهروضوئية العائمة7، وأيضا في Agro PV المذكورة أعلاه.
هيكل التكاليف والإيرادات
ولأغراض المقارنة، يأخذ تحليل هيكل التكلفة والإيرادات في الاعتبار التصميم التقليدي لمحطات الطاقة الكهروضوئية المواجهة للجنوب والمائلة بشكل مثالي.
سيستنتج القارئ اليقظ في هذه المرحلة أن تركيب الوحدات ثنائية الوجه يتطلب عددًا أقل من الوحدات نظرًا للعائد النوعي الأعلى. وهذا يقلل من تكاليف التركيب وتكلفة الخدمة واستئجار الأرض.
ولكن على النقيض من ذلك، فإن أسعار الوحدات أعلى، حاليًا بنحو 10%، والتي قد تتقارب أيضًا في الأمد البعيد. والسبب في ذلك هو أن عملية الإنتاج تشبه إلى حد كبير عملية إنتاج الوحدات التقليدية3. وفي الوقت الحالي، تتجه قدرات الإنتاج العالمية إلى حد كبير نحو الوحدات أحادية الوجه. وبالتالي، فإن تأثير خفض الأسعار الناجم عن اقتصاديات الحجم لم يكن له بعد تأثير قوي على الوحدات ثنائية الوجه.
ولكن ينبغي فحص كل حالة على حدة لمعرفة نوع الوحدة وطريقة التركيب التي ينبغي اختيارها لكل مشروع على حدة. وإذا تم بيع الكهرباء خارج نطاق مخطط الطاقة المتجددة، فمن المعقول ـ بالإضافة إلى تحديد تكاليف الطاقة ـ إعداد توقعات أسعار الكهرباء على المدى الطويل لتحديد قيمة الكهرباء المنتجة.
في حالة الوحدات ثنائية الوجه المركبة رأسياً، تكون تكاليف الاستثمار المحددة أعلى بنحو 10% - 20% وتكون تكاليف إيجار الأرض أعلى بنحو الضعف بسبب الحاجة الأكبر للأرض. وفي حالة تكاليف إيجار الأرض، من الممكن خفض التكاليف، اعتمادًا على ما إذا كانت قطعة الأرض مناسبة للأغراض الزراعية وما إذا كان الاستمرار في استخدامها ممكنًا. وعلى النقيض من ذلك، توفر الوحدات ثنائية الوجه عائدات أعلى بنحو 5% إلى 10% وإيرادات أعلى من بيع الكهرباء في أوقات ارتفاع أسعار الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك، من المتوقع أن يؤدي استخدام وحدات الزجاج-الزجاج إلى خدمة أطول
حياة.9
توقعات إيجابية لحصة سوق الألواح ثنائية الوجه
من المفترض أن تزداد أهمية الوحدات ثنائية الوجه في جميع أنحاء العالم. وتتراوح التوقعات من 20٪ في
202610 إلى 40% في عام 2025.11بالإضافة إلى فارق السعر، تنشأ صعوبات أيضًا من حقيقة أن مسألة الألواح ثنائية الوجه لم يتم حلها بعد. ومن بين المشكلات الأخرى تنظيف الجزء الخلفي من الألواح وظهور البقع الساخنة الناتجة عن هيكل التثبيت. والأمر الإيجابي هو أن أوقات تسليم الألواح ثنائية الوجه أصبحت طبيعية وأن عمليات محاكاة العائد تقدم قيمًا موثوقة.
الاستنتاج: محطات الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه بتصميم نظام جديد وحالات عمل
تولد وحدات الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه طاقة أكبر على نفس سطح الوحدة من خلال الجزء الخلفي النشط من اللوحة بسبب انعكاس السطح المحيط. مع كون تكاليف التركيب وكتلة الطاقة على نفس المستوى، يؤدي هذا إلى عائد أعلى يتجاوز عادةً التكلفة الأعلى للوحدات ثنائية الوجه. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم الوحدات ثنائية الوجه للاستخدام في حواجز الضوضاء ومحطات الطاقة الكهروضوئية العائمة والمثبتة رأسياً
أنظمة الطاقة الكهروضوئية. نظرًا لأنه من خلال محطات الطاقة المثبتة رأسيًا، يمكن الاستمرار في استخدام الأرض للأغراض الزراعية، فإن هذا يزيل القضية المثيرة للجدل المتعلقة باستهلاك الأراضي12وبالتالي، يزيد من فرصة الحصول على التصاريح ذات الصلة. وفي الوقت نفسه، يعد ملف إنتاج هذا النوع من محطات الطاقة بعوائد أعلى على تبادل الكهرباء، وهو أمر جذاب بشكل خاص في حالة محطات الطاقة التي تعمل خارج مخطط دعم EEG. لذلك، فمن المستحسن بشكل أساسي في أي حال من الأحوال النظر في وحدات الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه وتركيبها الرأسي في المشاريع المستقبلية.
________________________________________________________________
1 دوبوس، إي. (1996) "ألبيدو"، الهندسة (لندن)، 237 (7)، ص. 21. doi: 10.1081/E-ESS
2 Dupeyrat et al., 2014؛ تحقيقات حول اعتماد إنتاج الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه على البياض
3 Guo, S., Walsh, TM and Peters, M. (2013) 'وحدات الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه المركبة رأسياً: تحليل عالمي'، الطاقة، 61، ص 447-454. doi:10.1016/j.energy.2013.08.040
Yusufoglu, UA, Pletzer, TM, Koduvelikulathu, LJ, Comparotto, C., Kopecek, R. and Kurz, H. (2015a) "تحليل الأداء السنوي للجراحات ثنائية الوجه"
"الوحدات النمطية وطرق التحسين"، مجلة معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات للطاقة الكهروضوئية، 5(1)، ص. 320-328. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2364406
شكري، إ. (2015) وحدات ثنائية الوجه – المحاكاة والتجربة. جامعة شتوتغارت
4 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/enbw-plant-photovoltaik-anlagen-mit-400-megawatt-ohne-foerderung-in-deutschland/
5 https://www.pv-magazine.de/2019/03/01/photovoltaik-in-spanien-kurzer-ueberblick-ueber-einspeisetarife-sowie-projektentwicklung-und-finanzierung-von-freiflaechenanlagen/
6 Rabanal-Arabach, J., Mrcarica, M., Schneider, A., Kopecek, R. and Heckmann, M. (2016) "الحاجة إلى هياكل التثبيت بدون إطار للتركيب الرأسي لوحدات الطاقة الكهروضوئية ثنائية الوجه"، في المؤتمر الثاني والثلاثين للاتحاد الأوروبي للطاقة الكهروضوئية
7 "الطاقة الكهروضوئية العائمة - الطاقة الكهروضوئية العائمة في اتجاه جديد" (النشرة: مجلة Ausgabe فبراير 2019)
8 استنادًا إلى ندوة مجلة PV بتاريخ 25.10.2018؛ تم عرض الشرائح تحت: https://16iwyl195vvfgoqu3136p2ly-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2018/10/2018-10-25-Bifacial-Webinar-SOLTEC.pdf
9 التالي2الأحد
10 خريطة طريق التكنولوجيا الدولية للطاقة الكهروضوئية (ITRPV)، مارس 2019 [تاريخ "الألواح ثنائية الوجه الحقيقية"]
11 https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-05-17/watch-out-for-double-sided-solar-panels-taking-off-in-china
12 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/fdp-politiker-photovoltaik-anlagen-in-unseren-regionen-sind-verbrechen-an-der-menschheit/
