خورشیدی در همه جا: فرصت زیرساخت

PV خورشیدی یکی از ارکان انتقال انرژی اروپا است. با بیش از 65 گیگاوات ظرفیت جدید نصب شده در سال 2025 و بیش از 405 گیگاوات در حال حاضر، اتحادیه اروپا در حال تلاش برای رسیدن به هدف خود برای تولید 750 گیگاوات PV خورشیدی تا سال 2030 است. رسیدن به این هدف مستلزم نصب 345 گیگاوات دیگر یا بیشتر در پنج سال آینده است. جغرافیای افزایش ظرفیت PV خورشیدی در حال تغییر است. پشت بام‌های بزرگ،{9}}با جهت‌گیری خوب، سایت‌های به‌راحتی متصل و مطلوب‌ترین مکان‌ها به تدریج در حال مصرف شدن هستند. در عین حال، پروژه‌های خورشیدی زمینی{11}}در برخی کشورها با نگرانی‌هایی در مورد کاربری‌های رقیب زمین، حفاظت از زمین‌های کشاورزی، تنوع زیستی و پذیرش محلی مواجه هستند.

 

ما اخیراً در این صفحات استدلال کردیم که ماژول های سبک وزن می توانند بیش از 85 گیگاوات سقف های اروپایی با محدودیت ساختاری را باز کنند. فشار پشت آن استدلال یکسان است و توسعه دهندگان را وادار می کند تا فراتر از ساده ترین سایت ها نگاه کنند. سوال دیگر این نیست که آیا اروپا انرژی خورشیدی بیشتری می خواهد؟ این دقیقاً جایی است که گیگاوات های بعدی از نظر فیزیکی می روند و چگونه برق تولید شده در شبکه یکپارچه می شود و به ارزش تبدیل می شود.

 

خورشیدی با استفاده دوگانه-: منطق "PV همه جا"
برخی از امیدوارکننده‌ترین بخش‌های جدید، یک ایده واحد را به اشتراک می‌گذارند، که زیر پرچم «PV همه جا» جمع‌آوری شده است: به جای جستجوی زمین جدید، سطوحی را که قبلاً استفاده می‌کنیم به اشتراک بگذارید. Agrivoltaics ضمن تولید انرژی، زمین های کشاورزی را در تولید نگه می دارد. PV شناور، ساختمان- و PV یکپارچه خودرو-مخزن‌ها، نماها، اتومبیل‌ها و موارد دیگر را به دارایی‌های تولید برق تبدیل می‌کنند. در هر مورد، پیشرفت یکسان است: خورشیدی دیگر برای فضا رقابت نمی کند، بلکه آن را به اشتراک می گذارد.

 

دسته دیگری از فضا که کمتر مورد بحث قرار می گیرد، با همین منطق مطابقت دارد: زمینی که در کنار زیرساخت های حمل و نقل و آب ما قرار دارد. حاشیه‌های بزرگراه و خاکریزها، خطوط راه‌آهن و برش‌های راه‌آهن، موانع صوتی، رویه‌های سیلاب، کناره‌های کانال، مسیرهای دوچرخه‌سواری و حقوق فنی{1}}راه تقریباً با هر جاده و خط ریلی در قاره هم مرز هستند. این بخش هنوز بر روی یک نام مستقر است: زیرساخت-PV یکپارچه (IIPV) در ادبیات تحقیقاتی، "PV خطی" برای هندسه آن، یا به طور واضح تر، بزرگراه های خورشیدی، راه آهن خورشیدی و کانال- خورشیدی بالا در مطبوعات. منطق اما آشناست. این زمین در حال حاضر توسعه یافته است، قبلاً توسط یک نهاد عمومی یا یک دارنده امتیاز کنترل می شود و در حال حاضر یک وظیفه اصلی را انجام می دهد. افزودن نسل به بالای آن با حفظ راهروهای طبیعی و سرگردان، مخالفت های بسیار کمتری را به دنبال دارد. نه نوع جدیدی از زمین، بلکه یک رابطه جدید با زمینی که قبلاً روی آن ساخته ایم.

 

 

تعیین اندازه جایزه اروپا
پتانسیل هر چیزی جز حاشیه ای است. در یک ارزیابی پان-اروپایی، مرکز تحقیقات مشترک کمیسیون اروپا تخمین می‌زند که اعمال PV در پشت بام‌ها، مخازن و زیرساخت‌های جاده‌ای و ریلی می‌تواند از ظرفیت نصب‌شده 1 TW فراتر رود که بسیار فراتر از هدف اتحادیه اروپا در سال 2030 است. سهم زیرساختی خطی{5}}به‌ویژه قابل توجه است: این مطالعه پتانسیل ناخالص PV عمودی در امتداد جاده‌ها و راه‌آهن اتحادیه اروپا را 403 گیگاوات، تقریباً 50 درصد از هدف 2030، نشان می‌دهد. تجزیه و تحلیل همچنین نشان می‌دهد که استقرار PV دو وجهی عمودی{10}غربی در مقیاس، ارزش بازار تولید خورشیدی را افزایش می‌دهد و کاهش قیمت‌خواری در میانه‌روز را کاهش می‌دهد که به طور فزاینده‌ای درآمد آرایه‌های معمولی رو به جنوب{11}}را کاهش می‌دهد. در حالی که اینها به جای پیش بینی بازار، پتانسیل های فنی هستند، حتی کسری از پتانسیل قابل توجه است.

 

با در نظر گرفتن چگالی توان خطی واقعی بین تقریباً 0.3 مگاوات در هر کیلومتر برای یک ردیف ماژول‌های دو وجهی عمودی و بیش از 2 مگاوات در هر کیلومتر برای سیستم‌های وسیع‌تر، مرتبه‌های قدر به سرعت جمع می‌شوند که در ده‌ها هزار کیلومتر راهروهای زیرساختی اعمال شوند.

 

 

علاوه بر این، این فرصت فراتر از زمین است. بسیاری از این دارایی های زیرساختی (بزرگراه ها، راه آهن ها، کانال ها) در حال حاضر برق مصرف می کنند یا در مجاورت اتصالات شبکه موجود قرار دارند. این نزدیکی یک آرگومان استفاده از زمین را به یک آرگومان سیستم انرژی- تبدیل می‌کند: تولید مستقر در زیرساخت می‌تواند مستقیماً به یک بار محلی یا یک نقطه اتصال موجود وارد شود، و خطر محدود شدن را کاهش دهد و چالش یکپارچگی شبکه- را که بسیاری از پروژه‌های خورشیدی معمولی را محدود می‌کند، کاهش دهد.

 

چیزی که دنیا در حال ساخت است

چین سریع‌ترین و در بزرگترین مقیاس حرکت کرده است، و یک بازار فتوولتائیک مرتبط با حمل و نقل-و بدون مشابه در جای دیگر توسعه داده است. انرژی خورشیدی متصل به بزرگراه-تا پایان سال 2024 به حدود 1.7 گیگاوات رسید و آکادمی علوم حمل و نقل چین پتانسیل کنار جاده‌ای را نزدیک به 944 گیگاوات برآورد می‌کند. اکنون چندین استان در نزدیکی-مناطق خدمات بزرگراهی بدون کربن-در حال توسعه هستند. به عنوان مثال، کریدور شاخص جینان- ویفانگ، 68 مگاوات برق دارد که طبق گفته اپراتور آن سالانه حدود 68 گیگاوات ساعت تولید می کند.

 

آسیا تظاهرکنندگان دیگری از انواع مختلف ارائه می دهد. سایبان مسیر دوچرخه سواری Daejeon-Sejong کره جنوبی از اواسط دهه 2010 با حدود 7500 پانل بیش از 4.8 کیلومتر که توسط وزارت زیرساخت و حمل و نقل کره جنوبی مشترک است، از راهروی مرکزی بزرگراه عبور کرده است.

 

هند در بیش از یک دهه پیش، کانالی{0}}بهترین کانال خورشیدی را در گجرات پیشگام کرد: اداره عمومی کانال نارمادا گزارش می دهد که از یک پایلوت 1 مگاواتی در سال 2012 به تقریباً 35 مگاوات امروزی رسیده است، در حالی که تبخیر را کاهش می دهد. در ژاپن، علاقه به حمل و نقل{5}}یکپارچه PV در حال افزایش است. وزارت زمین، زیرساخت، حمل و نقل و گردشگری (MLIT) یک برنامه ملی برای ارزیابی جاده‌ها{7}}فناوری‌های خورشیدی سطحی راه‌اندازی کرده است، در حالی که اپراتورهای بزرگراه در حال بررسی استفاده از خاکریزها، موانع صوتی و زمین‌های خدماتی{8}}برای تولید فتوولتائیک هستند.

 

در ایالات متحده آمریکا، The Ray، یک کریدور نمایشی در امتداد بین ایالتی 85 در جورجیا، میزبان یک آرایه کنار جاده ای 1 مگاواتی است، در حالی که تحلیل دانشگاه تگزاس در آستین نشان می دهد که زمین های تبادلی به تنهایی که حدود 21000 هکتار است، از نظر تئوری می تواند تا 36 تراوات ساعت در سال تولید کند. از طرف آب، جامعه سرخپوستان رودخانه گیلا در آریزونا، آنچه را که به عنوان اولین پروژه کانال خورشیدی عملیاتی-در نیمکره غربی-در حدود 1.3 مگاوات در سال 2024 توصیف می‌کند، با پروژه Nexus که ایالت کالیفرنیا{10}}پشتیبانی می‌کند، روشن کرد.

 

نمونه های اروپایی نیز در حال افزایش است. موانع صوتی بالغ ترین مسیر هستند. نظرسنجی‌های منتشر شده، تأسیسات بزرگ‌تر بزرگراه‌های آلمان را 1 تا 2 مگاوات بر ثانیه نشان می‌دهند. اداره راه هلند یک پایلوت "بزرگراه خورشیدی" دو وجهی را در A50 اجرا می کند، و اپراتورهای بزرگراه و راه آهن اتریش و سوئیس به طور فزاینده ای موانع صوتی خود را در مقیاس بزرگ به روی PV باز می کنند. فراتر از موانع، انواع سطوح قابل توجه است: ماژول های قابل جابجایی بین ریل ها در یک خط سوئیسی در نزدیکی Buttes، آرایه های دو وجهی عمودی روی دایک های رون، تقریباً 900 متر سایبان در مسیر دوچرخه سواری فرانسوی، و حتی یک اسکله خورشیدی در یک اسکله دریایی مدیترانه.

 

هندسه چالش

هیچ کدام از اینها آسان نیست. چالش تعیین کننده PV خطی استفاده مشترک است: پانل ها هرگز نباید عملکرد اصلی زیرساخت را به خطر بیندازند، خواه پایداری یک دایک، دسترسی اضطراری یک بزرگراه، دسترسی تعمیر و نگهداری به یک راه آهن یا قابلیت کشتیرانی یک آبراه. هر گونه شناسی محدودیت های خاص خود را دارد، خواه مطالعات خیره کننده، دسترسی اضطراری، شفافیت هیدرولیکی یا بارهای مکانیکی.

گسترش تولید برق در کیلومترها همچنین نقاط اتصال یا ترانسفورماتورها، کابل کشی ها و تلفات را چند برابر می کند و توسعه دهندگان را به سمت معماری های جدید سوق می دهد. یک پروژه تحقیقاتی فرانسوی در حال کاوش در جریان مستقیم ولتاژ متوسط-برای انتقال کارآمد نیرو در طول مسیر چرخه است، در حالی که در سوئیس، کار بر روی «شبکه هوشمند راه‌آهن» این راهرو را به‌عنوان یک ریزشبکه واقعی تلقی می‌کند که ترکیبی از انرژی خورشیدی کنار مسیر، منبع کشش، انرژی ترمز بازیافتی و شارژ EV است.

 

از آنجا که یک پروژه واحد می تواند از حوزه های قضایی متعدد عبور کند، مجوزهای پراکنده می تواند یک مانع باشد. تنوع مالکیت زمین، از مالکیت عمومی گرفته تا دارندگان امتیاز و مالکان خصوصی را اضافه کنید، و مدل های کسب و کار به طور قابل توجهی پیچیده تر از یک کارخانه معمولی می شوند.

 

ساخت پرونده تجاری

مانند هر نیروگاه خورشیدی، یک سیستم یکپارچه زیرساختی می‌تواند برق خود را بفروشد (تحت یک مکانیسم تخلیه دولتی-مانند قرارداد برای تفاوت یا تغذیه-در تعرفه، یا با قیمت عمده‌فروشی)، آن را در یا نزدیک سایت مصرف کند، یا هر دو مسیر را ترکیب کند. با این حال، مورد تجاری می‌تواند از انرژی خورشیدی{4}}روی زمین سخت‌تر باشد: هزینه‌های اولیه می‌تواند بیشتر باشد، که نشان‌دهنده معماری پیچیده‌تر الکتریکی خطی، نصب بالا و پوشش‌های خاص ماژول است، در حالی که هزینه‌های عملیاتی نیز می‌تواند با خاک، دسترسی محدود و قرار گرفتن در معرض، حتی در جایی که زمین ارزان یا رایگان است، افزایش یابد. در عمل، به نظر می‌رسد که-مصرف شخصی توسط گیرندگان نزدیک-و قرارداد برای تفاوت به‌دست‌آمده در فراخوان‌های اختصاصی برای مناقصه، مطمئن‌ترین راه‌ها برای دوام پروژه باشند.

 

از خلبان تا مقیاس

راه پیش رو این است که PV خطی را به عنوان یک محصول واحد در نظر نگیریم، بلکه به عنوان مجموعه ای از گونه شناسی ها در مراحل مختلف بلوغ که به یک مسیر در میان چندین مسیر به سمت هدف 2030 کمک می کند، تکمیل سقف ها، agrivoltaics و PV شناور است. مسیر عملی با کمترین-پیکربندی‌های محدود و آسان‌تر قابل تکرار شروع می‌شود. یک وظیفه موازی حیاتی، ادامه ساختن پایه شواهد مورد نیاز اپراتورها است: نظارت ساختاری استقرارهای اولیه برای نشان دادن اینکه هم سیستم PV و تولید با عملکرد زیرساخت اولیه تداخل ندارند و هم اینکه عملکرد زیرساخت، نگهداری و ارتعاشات عملکرد PV را کاهش نمی‌دهند.

 

سه اهرم حرکت از تظاهرکنندگان به استقرار را سرعت می بخشد. (1) پروژه های نمایشی در مقیاس بزرگ-برای ایجاد پایگاه شواهد مورد نیاز است. (2) پروژه ها نیاز به دکترین های مجوز روشن و تاییدیه های هماهنگ دارند. (3) و این سایت‌ها باید صراحتاً در مناقصه‌های عمومی گنجانده شوند، چه از طریق یک پاکت اختصاصی برای پروژه‌های زیرساختی{7}}چه از طریق قیمتی که هزینه توسعه بالاتر آنها را حداقل در حال حاضر جبران می‌کند.

 

داستان خورشیدی اروپا هنوز به پایان نرسیده است، اما در حال ورود به فصل پرمشتری است. گیگاوات بعدی به طور فزاینده ای از سایت هایی خواهد آمد که محدودتر و مبتکرتر هستند. استفاده دوگانه به محدودیت در دسترس بودن سطح پاسخ می دهد و PV خطی به تنهایی صدها گیگاوات پتانسیل فنی قابل دسترسی را در امتداد جاده ها، راه آهن و کانال های قاره قرار می دهد. زمین در تمام مدت آنجا بوده است. اکنون فرصت در یادگیری به اشتراک گذاشتن آن نهفته است.