چکیده
ایران با داشتن منابع طبیعی فراوان، با چالش تأمین نیازهای رو به افزایش انرژی و وابستگی به نیروگاههای گازسوز مواجه است. انرژی خورشیدی، به دلیل تابش بالای خورشید در ایران، می‌تواند راه‌حلی امیدوارکننده برای کاهش این وابستگی باشد. این مقاله به بررسی ضرورت توسعه نیروگاههای خورشیدی در ایران پرداخته و مزایای آن از جمله تطابق منحنی تولید برق خورشیدی با نیاز مصرف، تنوع‌بخشی به سبد تولید برق، کاهش هزینه‌های توسعه شبکه و ایجاد اشتغال را بیان می‌کند. در دهه‌های اخیر، ایران عمدتاً به گاز طبیعی برای تولید برق وابسته بوده و این امر امنیت انرژی کشور را تهدید می‌کند. انرژی خورشیدی می‌تواند به کاهش این وابستگی کمک کند. در برنامه ششم توسعه ایران، سهم نیروگاههای تجدیدپذیر باید به ۵ درصد ظرفیت کل برق کشور برسد. یکی از طرح‌های مهم، ساخت نیروگاههای پشت‌بامی ۵ کیلوواتی برای نیازمندان است که می‌تواند با مشکلاتی مانند قیمت‌گذاری دستوری و بار مالی سنگین مواجه شود. برای کاهش هزینه‌های ساخت و نگهداری بر اساس مقیاس (تا یک پنجم) و دستیابی به ظرفیت بیشتر با صرف همان هزینه، پیشنهاد می‌شود این نیروگاه‌ها به صورت متمرکز و ظرفیت بالا ساخته شوند و مددجویان به عنوان سهامدار از منافع این نیروگاه بهره‌مند شوند. در نهایت، توسعه نیروگاههای فتوولتاییک به دلیل مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی، کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و افزایش امنیت انرژی ضروری است. با برنامه‌ریزی و هدفگذاری مناسب، ایران می‌تواند به این اهداف دست یابد.
مقدمه
در عصری که با رشد سریع صنعتی و افزایش تقاضای انرژی مشخص می‌شود، ایران در نقطه‌ای مهم از نظر استراتژی انرژی خود قرار دارد. کشوری که دارای منابع طبیعی فراوان است، با چالش دوگانه‌ای برای تأمین نیازهای رو به افزایش انرژی و وابستگی کامل سبد برق خود به نیروگاههای پایه گازسوز مواجه است. در میان منابع مختلف انرژی تجدیدپذیر، انرژی خورشیدی به دلیل مزیت‌های جغرافیایی ایران که دارای تابش خورشیدی بالا هستند، به عنوان یک راه‌حل بسیار امیدبخش مطرح می‌شود. در دهه گذشته، مطالعات و پروژه‌های متعددی بر پتانسیل و ضرورت توسعه انرژی خورشیدی در ایران تأکید کرده‌اند. ظلفغاری، نوربخش و دانش، جنبه‌های اقتصادی و فنی استقرار سیستم‌های فوتوولتائیک در نقاط مختلف ایران را تحلیل کرده و نتیجه‌گیری کردند که انرژی خورشیدی می‌تواند به طور قابل توجهی وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش دهد [۱]. امامعلی‌زاده مقدم در یک مطالعه با استفاده از پژوهش‌هایی از تجارب و مستندات حاصله از راه اندازی نیروگاه در چندین شعبه بانکی و بررسی نتایج حاصله, آمارهای شرکت توزیع و سامانه‌هایی مانند مهرسان و تحلیل کامپیوتری توسط نرم افزارهای طراحی نیروگاههای خورشیدی مانند PVSOL احداث و مدیریت نیروگاههای خورشیدی مقیاس کوچک در بانک‌ها و موسسات اعتباری و تاثیر آن بر محیط زیست و شبکه برق سراسری کشور را بررسی کرده است [۲]. این مقاله به بررسی ضرورت توسعه نیروگاههای خورشیدی در ایران می‌پردازد و مزایای چندگانه‌ای از جمله تطابق منحنی تولید برق خورشیدی با منحنی نیاز مصرف، تنوع بخشی به سبد تولید برق کشور، کاهش هزینه‌های توسعه شبکه انتقال و توزیع و ایجاد اشتغال ارائه می‌دهند را مورد بحث قرار می‌دهد. علاوه بر این توسعه انواع نیروگاههای فتوولتاییک براساس ظرفیت و نوع اتصال به شبکه از منظر SWOT بررسی می‌شود. در نهایت یکی از طرح‌های توسعه نیروگاههای خورشیدی مقیاس کوچک که براساس آن قرار بود ۵۵۰ هزار نیروگاه ۵ کیلوواتی برای نیازمندان ساخته شود مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.
در طول سه دهه اخیر ظرفیت تولید برق ایران سالانه به میزان متوسط ۲۴۰۰ مگاوات رشد کرده و سبد تولید برق کشور به حدود ۸۵ درصد گاز طبیعی، به عنوان منبع اولیه انرژی وابسته شده است. با توجه به محدودیت در عرضه سوخت فسیلی، تصور می‌شود که وابستگی شدید به گاز طبیعی در تولید برق می‌تواند عاملی برای تهدید امنیت عرضه انرژی کشور باشد. ضمن اینکه در حال حاضر کشور با کسری تولید برق مواجه است و باید ظرفیت تولید برق خود را افزایش دهد. بنابراین تنوع بخشی به سبد انرژی یک نیاز و ضرورت برای کشور است. انرژی‌های تجدیدپذیر یکی از راهکارها برای این منظور است. انرژی خورشیدی و به خصوص نیروگاههای فتوولتاییک مطابق نمودار ۱ به عنوان سریع‌ترین نوع انرژی تجدیدپذیر در حال رشد است و منبعی بی‌نهایت در نظر گرفته می‌شود که می‌تواند به کمبود منابع سوخت‌های فسیلی کمک کند.
توسعه نیروگاههای فتوولتاییک از جنبه‌های مختلف برای شبکه برق ایران یک ضرورت محسوب می‌شود. وضعیت بسیار مناسب جغرافیایی ایران از نظر تابش، ظرفیت‌های بی‌نظیری را برای توسعه این نیروگاه‌ها در ایران ایجاد کرده است. کشور ایران با قرارگیری بین عرض‌های جغرافیایی ۲۵ تا ۴۰ درجه شمالی در یکی از مناطق کره زمین با تابش مناسب خورشید قرار گرفته است. میزان شدت تابش خورشید در ایران به‌طور متوسط از میانگین جهانی بالاتر بوده و بیش از ۲۸۰ روز آفتابی در بیش ۹۰ درصد کشور ایران ثبت شده است.
یکی از راهکارهای کاهش ناترازی شبکه برق در تابستان افزایش ظرفیت نیروگاههای خورشیدی است، براساس نمودار ۲ تطابق منحنی شبانه‌روزی شبکه برق ایران و تولید برق یک نیروگاه خورشیدی در یک شبانه‌روز نشان می‌دهد یکی از راهکارها برای پاسخ به اوج تقاضای برق در یک روز تابستانی استفاده از نیروگاههای خورشیدی است.
با توجه به اینکه در سال‌های اخیر توسعه شبکه سراسری و انتقال و توزیع به دلیل محدودیت منابع مالی توانیر با مشکل مواجه شده، یکی از راهکارها ایجاد نیروگاه در محل مصرف است. نیروگاههای فتوولتاییک یکی از مناسب‌ترین گزینه‌ها برای استفاده برق تولیدی در مصرف هستند و در انواع ظرفیت قابلیت ساخت دارند. از مزایای دیگر ایجاد نیروگاه در محل مصرف کاهش تلفات مربوط به شبکه انتقال است. یکی دیگر از مزایای توسعه نیروگاههای فتوولتاییک ایجاد اشتغال است. زنجیره ارزش فناوری فتوولتاییک (خصوصاً در پایین‌دست) مبتنی بر نیروی کار است. ساخت پنل، نصب تجهیزات، عیب‌یابی و تعمیر نیازمند نیروی کار است که با توسعه این صنعت موجب ایجاد بازار اشتغال جدید می‌شود.
نیروگاههای فتوولتاییک از نظر اتصال به شبکه به دو دسته متصل به شبکه و جدا از شبکه تقسیم می‌شوند. سیستم فتوولتاییک خارج از شبکه پتانسیل زیادی برای تأمین برق برای موارد زیر دارد.
- مناطق روستایی یا دورافتاده‌ای که به شبکه متصل نیستند: توسعه سیستم‌های خطوط برق اغلب مستلزم هزینه‌های بالای ساخت‌و‌ساز است و سیستم‌های فتوولتاییک می‌توانند جایگزین ژنراتورهای دیزلی برای تأمین برق شوند.
- مناطقی که به شبکه متصل‌اند اما با قابلیت اطمینان پایین منبع تغذیه و قطعی مکرر برق به دلیل مشکل شبکه روبرو هستند.
در نتیجه سیستم‌های خارج از شبکه راه‌حلی برای حل مشکل فقر انرژی جهانی ارائه می‌دهند.. جدول ۱ تحلیل SWOT برای توسعه نیروگاههای فتوولتاییک جدا از شبکه ارائه می‌دهد.
جدول ۱. تحلیل SWOT برای توسعه نیروگاههای فتوولتاییک جدا از شبکه [۳]
| نقاط قوت | نقاط ضعف |
| تامین برق در مناطق دور افتاده (صنعتی و مسکونی) راه حل کاربردی خوب برای برق‌رسانی در کشورهای در حال توسعه (ضعف یا عدم وجود شبکه سراسری) یا مناطق روستایی | متناوب هزینه‌های دستگاه‌های ذخیره‌سازی |
| فرصت‌ها | تهدیدها |
| ۱۸ درصد از جمعیت جهان به برق دسترسی ندارند جفت شدن سیستم هیبریدی با دیزل یا سایر منابع تجدیدپذیر (مانند باد، آبی) | کاهش قیمت سوخت‌های فسیلی |
هنگامی که تولید برق فتوولتاییک با مصرف برق مطابقت نداشته باشد، سیستم‌های خارج از شبکه دارای محدودیت هستند. الکتریسیته تولید شده که مصرف یا ذخیره نمی‌شود از بین می‌رود. مصرف برق نمی‌تواند از ظرفیت توان سیستم فتوولتاییک تجاوز کند. اتصال به شبکه این مسائل را برطرف می‌کند. علاوه بر این، سیستم‌های فتوولتاییک روی شبکه برق ساختمان‌های متصل به شبکه برق را تامین می‌کنند.
با این حال سیستم متصل به شبکه از نظر پایداری شبکه محدودیت‌هایی دارد (به عنوان مثال بارگذاری بیش از حد، مسائل ازدحام ناشی از صادرات بیش از حد توان، یا کاهش کیفیت برق). این مشکلات مربوط به مکان خاص هستند. برخی از مناطق محلی که دارای زیرساخت‌های شبکه ضعیف یا تراکم بیش از حد شبکه هستند، نسبت به سایر مناطقی که دارای سیستم‌های شبکه استوار با تراکم شبکه کم هستند، با مشکلات بیشتری مواجه خواهند شد. پیشرفت فناوری گاهی اوقات سطوح عملکرد بهتری را برای حفظ کیفیت شبکه فراهم می‌کند. به عنوان مثال اینورترهای پیشرفته از پایداری شبکه بهتر پشتیبانی می‌کنند. مدل خود مصرفی فتوولتاییک می‌تواند راه‌حل خوبی در مناطق پرتراکم در شبکه باشد.
سیستم‌های متصل به شبکه را می‌توان تا حد زیادی با توجه به اندازه و هدف سیستم به سیستم‌های تولید پراکنده و سیستم‌های متمرکز طبقه‌بندی کرد. ظرفیت سیستم‌های فتوولتاییک تولید پراکنده معمولاً کمتر از ۱۰۰ کیلووات است و سیستم‌های فتوولتاییک متمرکز بیش از ۱ مگاوات ظرفیت دارند. سیستم‌های فتوولتاییک تولید پراکنده را می‌توان با توجه به اندازه سیستم به سه قسمت تقسیم کرد. اول، سیستم‌های مسکونی که معمولاً از ۱ کیلووات تا ۱۰ کیلووات است. دوم سیستم‌های فتوولتاییک بالای ۱۰ کیلووات و کمتر از ۱۰۰ کیلووات که در سیستم‌های تجاری گنجانده شده است. هر دو سیستم مسکونی و تجاری دارای دو روش نصب روی پشت بام یا یکپارچه‌سازی با ساختمان هستند. سوم، سیستم فتوولتاییک که بیش از ۱۰۰ کیلووات و کمتر از ۱ مگاوات است و معمولاً برای اهداف صنعتی استفاده می‌شود. جدول ۲ تحلیل SWOT برای نیروگاههای فتوولتاییک تولید پراکنده متصل به شبکه را ارائه می‌دهد.
جدول ۲. تحلیل SWOT برای نیروگاههای فتوولتاییک تولید پراکنده متصل به شبکه [۳]
| نقاط قوت | نقاط ضعف |
| منبع تغذیه پایدار به لطف اتصال به شبکه کاهش تلفات توزیع هنگام نصب سیستم PV در محل استفاده بدون نیاز به استفاده اضافی از زمین جداگانه برای ساخت و جایگزین مصالح ساختمانی (به عنوان مثال BIPV) | افزایش هزینه‌ها (شامل هزینه‌های سیستمی) خطرات مربوط به اتصال به شبکه (به عنوان مثال اضافه ولتاژ، جزیره ای شدن ناخواسته برای شبکه های ولتاژ پایین / متوسط) |
| فرصت‌ها | تهدیدها |
| سیاست های کربن پایینساختمان‌های کم مصرف یا انرژی مثبت برای انتقال انرژیتمایل به استقلال انرژیهموارسازی از طریق گسترش جغرافیایی در یک منطقه بزرگ | پایداری شبکه در سطح نفوذ بالا نارسایی با مشخصات مصرف |
بخش ساختمان (مسکونی و غیرمسکونی) سهم مهمی از انرژی را مصرف می‌کند. برای مثال ۴۰ درصد از کل مصرف انرژی نهایی در کشور در بخش ساختمانی است. بنابراین کاهش سهم آن در مصرف انرژی هدف اصلی سیاست‌های عمومی انرژی است. علاوه بر این برخی از مشترکان برق ممکن است تمایل به استقلال انرژی داشته باشند و سیستم‌های فتوولتاییک تولید پراکنده یک راه‌حل برای آن است. با این حال نصب سیستم فتوولتاییک روی پشت‌بام پیچیده‌تر از سیستم نصب‌شده روی زمین است که هزینه‌های اضافی را به همراه دارد. کاهش هزینه‌ها هنوز عمدتاً از نظر هزینه‌های غیر سخت‌افزاری امکان‌پذیر است و یک استراتژی حمایت از سیاست‌های عمومی صرفه‌جویی در انرژی است. تاثیر افزایش ظرفیت برق فتوولتاییک در شبکه یک موضوع مهم است. نیروگاههای فتوولتاییک تولید پراکنده معمولاً در ساختمان‌هایی که قبلاً به شبکه متصل هستند نصب می‌شود و سیستم‌های فتوولتاییک تولید پراکنده کوچک که در یک منطقه بزرگ پخش شده‌اند می‌توانند وقفه را هموار کنند. بنابراین خود تأمینی آن‌ها، برای کاهش تاثیر بر شبکه یک راه‌حل کارآمد است. آخرین تهدید عدم مطابقت بین تولید فتوولتاییک و مصرف محلی است. دو راه‌حل را می‌توان برای غلبه بر این تهدید با توسعه سیستم ذخیره‌سازی یا انتخاب ساختمان‌هایی که مشخصات مصرف آن با تولید فتوولتاییک مطابقت دارد، مانند ساختمان‌های تجاری، صنایع کوچک یا اداری مطالعه کرد.
با توجه به جدول ۳ مزایای زیادی برای ارتقای سیستم‌های فتوولتاییک متمرکز متصل به شبکه با استفاده از فرصت گذار انرژی و سیاست‌های عمومی وجود دارد. با این حال نیروگاههای فتوولتاییک بزرگ به ندرت در مقایسه با سایر نیروگاههای مرسوم در بازار برق قابل رقابت هستند. بنابراین باید نقاط ضعف و تهدید را در اولویت رفع کرد. برای مقابله با این تهدیدها راهکارهای مختلفی برای افزایش ظرفیت سیستم‌های فتوولتاییک متمرکز متصل به شبکه امکان‌پذیر است. یکی از این راهکارها هدف قراردادن مناطقی است که تولید برق از طریق نیروگاه فتوولتاییک کمترین قیمت تعدیل شده را دارد یا مصرف برق با تولید فتوولتاییک مطابقت دارد.
علاوه بر این به منظور کاهش استفاده از زمین، یک راهکار مناسب اجتناب از استفاده از زمین‌های حاصلخیز و تمرکز بر زمین‌های بایر برای ساخت است. راه دیگر ترویج استفاده از سیستم‌های فتوولتاییک با راندمان بالا است. استفاده از سیستم‌های فتوولتاییک با راندمان بالا، استفاده از زمین را برای تولید همان سطح خروجی فتوولتاییک کاهش می‌دهد. علاوه بر این برق فتوولتاییک قابل ارسال نیست. یک سیستم ذخیره‌سازی می‌تواند راه حلی برای افزایش ظرفیت در مقیاس بزرگ سیستم‌های فتوولتاییک ارائه دهد.
جدول ۳. تحلیل SWOT برای نیروگاههای فتوولتاییک متمرکز متصل به شبکه [۳]
| نقاط قوت | نقاط ضعف |
| کاهش هزینه از طریق اثرات مقیاس از نظر نصب، هزینه‌های عملیاتی و هزینه‌های تعادل سیستم | هزینه‌ها در مقایسه با سایر فناوری‌ها در بازار برق، متناوب و غیر قابل ارسال به نقاط دور شبکه، کاربری زمین |
| فرصت‌ها | تهدیدها |
| گذار انرژی | قیمت سوخت‌های فسیلی، مدیریت شبکه |
در ایران بنابر قانون پنج ساله برنامه ششم توسعه (۱۴۰۰- ۱۳۹۶) دولت می‌بایست سهم نیروگاههای تجدیدپذیر و پاک را تا انتهای اجرای برنامه، حداقل به ۵ درصد ظرفیت کل برق کشور برساند. این برنامه تا پایان ۱۴۰۰ به سرانجام نرسید اما با روی کار آمدن دولت سیزدهم برنامه ساخت این نیروگاه‌ها دوباره احیا شد. یکی از این برنامه‌ها ساخت نیروگاههای خورشیدی مقیاس کوچک برای نیازمندان بود.
طی این طرح قرار بود تا طی ۵ سال ۵۵۰ هزار نیروگاه پشت‌بامی ۵ کیلوواتی برای نیازمندان ساخته شود تا مالکان آن‌ها از فروش برق تولید شده به شبکه صاحب درآمد شوند و هر سال ۱۱۰ هزار عدد از آن‌ها با مشارکت کمیته امداد، بسیج، تعاون روستایی، بهزیستی و همکاری ساتبا ساخته شود. برای این منظور اعتبار ۶ هزار میلیارد تومانی در بودجه سال ۱۴۰۱ پیش‌بینی شد که برای نصف این مقدار کافی است و قرار بود تا باقی سرمایه از طریق منابع درون سازمانی این نهادها تأمین شود. کل هزینه ساخت در قالب تسهیلات به نام وام برای مددجو در نظرگرفته شده که به حساب تأمین‌کننده تجهیزات واریز می‌شود. تضمین وام، قرارداد خرید تضمینی وزارت نیرو است. در صورتی که طرح مرحله به مرحله پیش برود می‌توان از ظرفیت‌های تولید داخل برای این منظور استفاده کرد. قیمت خرید تضمینی برق طرح ۵۵۰ هزارمگاواتی در ابتدای طرح ۱۸۰۰ تومان برای طرح‌های غیرحمایتی و ۲۲۰۰ تومان برای طرح‌های حمایتی در نظر گرفته شد.
همانطور که پیش از این اشاره شد، هدف توسعه نیروگاههای مقیاس کوچک، مصرف برق در محل تولید آن است که این طرح با هدف اصلی توسعه این نوع نیروگاه‌ها همخوانی ندارد. یکی دیگر از اشکالات اصلی، قیمت‌گذاری دستوری روی پروژه‌های فتوولتاییک است. وزارت نیرو از ابتدای سال ۱۴۰۱ برای پروژه‌های ۵ کیلوواتی سقف قیمت ۱۰۰ میلیون تومانی تعیین کرد که از نظر بخش خصوصی این کار غیرضروری و البته غیرکارشناسی است. قیمت نیروگاه فتوولتاییک در هر استان، طی استعلام قیمت از شرکت‌ها یا مناقصه تعیین می‌شود و بسته به شرایط هر استان و زمان برگزاری استعلام و تورم و نرخ ارز می‌تواند متفاوت باشد. اینکه یک قیمت برای نیروگاه فتوولتاییک از مرکز به همه استان‌ها ابلاغ شود، دلیل کارشناسی ندارد.
اصرار وزارت نیرو بر قیمت‌های پایین و در نتیجه کیفیت‌های پایین به حدی است که ممکن است اثر منفی در فرهنگ‌سازی بگذارد. وزارت نیرو به عنوان متولی اصلی انرژی‌های تجدیدپذیر باید به این موضوع دقت کند که کیفیت سیستم‌هایی که اکنون نصب می‌شوند، روی فرهنگ سازی و آینده تاثیر دارد. وظیفه وزارت نیرو تعیین نرخ‌های خرید تضمینی برق تجدیدپذیر به اندازه مناسب و ابلاغ آن‌ها در ابتدای هر سال است و تعیین قیمت نیروگاه وظیفه ادارات استانی کمیته امداد و بسیج سازندگی در هر استان است که از طریق استعلام قیمت و برگزاری مناقصه انجام می‌دهند.
از دیگر چالش‌هایی که می‌توان برای این طرح نام برد شناسایی این تعداد خانوار مددجو با مسکن مناسب برای این طرح است. به علاوه اینکه قراردادهای خرید تضمینی، بار مالی سنگینی را برای وزارت نیرو با وجود نرخ تعدیل ایجاد می‌کند، در صورتی که این منابع تأمین نشود و وزارت نیرو نتواند از عهده پرداخت این هزینه‌ها بربیاید، مددجو را با مشکلات حقوقی با بانک درگیر می‌کند.
در نهایت پیشنهاد می‌شود برای کاهش هزینه های ساخت و نگهداری بر اساس مقیاس (تا یک پنجم) و دستیابی به ظرفیت بیشتر با صرف همان هزینه، این نیروگاه‌ها به صورت متمرکز و ظرفیت بالا ساخته شوند و مددجویان به عنوان سهامدار از منافع این نیروگاه بهره‌مند شوند. این کار علاوه بر تأمین نیازهای شبکه، روند ساخت نیروگاه را تسهیل می‌کند و مددجویان به صورت مساوی از عواید آن بهره‌مند خواهند شد به علاوه مددجو را درگیر نگهداری تجهیزات و اقدامات تخصصی نخواهد کرد.
نتیجه‌گیری
با توجه به چالش‌های کنونی تولید برق و وابستگی به گاز طبیعی، توسعه نیروگاههای فتوولتاییک به‌عنوان یکی از مهم‌ترین راهکارهای تنوع‌بخشی به سبد انرژی ایران، ضروری است. ظرفیت بالای انرژی خورشیدی در ایران، همراه با مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی، می‌تواند به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و افزایش امنیت عرضه انرژی کمک کند. برای دستیابی به این هدف، لازم است که برای توسعه نیروگاههای خورشیدی براساس ظرفیت، برنامه‌ریزی و هدفگذاری مناسب انجام شود و اقدامات متناسب با برنامه‌ریزی‌ها صورت پذیرد.
منابع
۱. Zolfaghari, M., Nourbakhsh, M., & Danesh, S. (2017). Economic and Technical Assessment of Solar Photovoltaic Systems in Iran. Renewable Energy Research.
۲. ۲. Imamalizadeh Moghadam Tayol Habib. Construction and management of small-scale solar power plants in banks and credit institutions and its impact on the environment and the country’s national power grid. 1401. (Persian)
۳. Hyun Jin Julie Yu. Public policies for the development of solar photovoltaic energy and the impactson dynamics of technology systems and markets.
