محققان دریافتند که مزایای حاصل از فتوولتائیک خورشیدی از هزینه های آن بالاتر است
Researchers find solar photovoltaics benefits outweigh costsResearchers find solar photovoltaics benefits outweigh costs طی یک دهه گذشته ، هزینه آرایه های خورشیدی فتوولتائیک (PV) به سرعت کاهش یافته است. اما در عین حال ، مقدار انرژی PV در مناطقی که ظرفیت تولید قابل توجهی از PV را نصب کرده اند کاهش یافته است. اپراتورهای سیستم های PV مقیاس نرم افزاری ، با ورود بیشتر ژنراتورهای PV به اینترنت ، شاهد کاهش قیمت برق بوده اند.
محققان دریافتند که مزایای حاصل از فتوولتائیک خورشیدی از هزینه های آن بالاتر است
طی یک دهه گذشته ، هزینه آرایه های خورشیدی فتوولتائیک (PV) به سرعت کاهش یافته است. اما در عین حال ، مقدار انرژی PV در مناطقی که ظرفیت تولید قابل توجهی از PV را نصب کرده اند کاهش یافته است. اپراتورهای سیستم های PV مقیاس نرم افزاری ، با ورود بیشتر ژنراتورهای PV به اینترنت ، شاهد کاهش قیمت برق بوده اند. در همین دوره زمانی ، بسیاری از نیروگاههای با سوخت زغال سنگ برای نصب سیستم های کنترل تولید گازهای گلخانه ای مورد نیاز بودند و در نتیجه کاهش آلودگی هوا در سطح ملی و منطقه ای به وجود می آمد. ارتقا بهداشت عمومی - و همچنین کاهش تولید ذغال سنگ با تولید PV و ارتقا سلامتی از مزایای بالقوه انرژیهای پاک بوده است.
با توجه به این روندهای رقابتی ، آیا مزایای تولید PV از هزینه ها بالاتر است؟
پاسخ به این سؤال مستلزم متعادل کردن هزینه های سرمایه در گردش و احداث با مزایای مادام العمر یک سیستم PV است. تعیین هزینه ها کاملاً ساده است. اما ارزیابی دومی چالش برانگیز است زیرا مزایا در هر زمان و مکان متفاوت است. دکتر Patrick R. Brown PhD '16 ، در یک ابتکار عمل دبیرخانه MIT انرژی می گوید: "این تفاوت ها فقط به دلیل تغییر میزان نور خورشید که یک مکان مشخص در طول سال دریافت می کند نیست.بلکه ناشی از تغییر در قیمت برق و انتشار آلاینده ها نیز هستند. "
کاهش قیمت پرداخت شده برای برق PV در مقیاس ابزار در بخشی از نحوه خرید و فروش برق در بازارهای برق عمده فروشی ناشی می شود. در بازار "روز پیش رو" ، تولید کنندگان و مشتریان پیشنهادهایی را ارائه می دهند که مشخص می کند روز بعد در یک ساعت معین چه مقدار در یک ساعت معین می فروشند یا می خریدند. ژنراتورهای با کمترین هزینه ابتدا انتخاب می شوند. از آنجا که هزینه عملیاتی متغیر سیستم های PV تقریبا صفر است ، آنها تقریباً همیشه انتخاب می شوند و جایگاه گرانترین تولید کننده در ترکیب را می گیرند. قیمت پرداخت شده برای هر ژنراتور منتخب توسط بالاترین هزینه اپراتور روی سیستم تعیین می شود ، بنابراین با افزایش قدرت PV بیشتر ، تولید کننده های با هزینه بالاتر خاموش می شوند و قیمت برای همه کاهش می یابد. در نتیجه ، در میانه روز ، هنگامی که خورشیدی بیشترین میزان را تولید می کند ، قیمت های پرداخت شده به تولید کنندگان برق در پایین ترین حد خود قرار دارند.
براون خاطرنشان می کند که برخی از تولید کنندگان حتی ممکن است قیمت منفی را پیشنهاد دهند. وی توضیح می دهد: "آنها به طور موثر به مصرف کنندگان می پردازند تا از قدرت خود برای اطمینان از اعزام آنها اطمینان بگیرند." به عنوان مثال ، نیروگاه های ذغال سنگ غیر انعطاف پذیر و هسته های هسته ای ممکن است قیمت های منفی را برای جلوگیری از خاموش شدن مکرر و وقایع راه اندازی که منجر به سوخت اضافی و هزینه های نگهداری می شود ، پیشنهاد کنند. تولیدکنندگان تجدیدپذیر همچنین ممکن است برای بدست آوردن یارانه های بزرگتر که براساس تولید پاداش می گیرند ، قیمت منفی را پیشنهاد دهند.
مزایای سلامتی نیز با گذشت زمان و مکان متفاوت است. تأثیرات سلامتی استقرار نیروگاه PV در یک منطقه پرجمعیت که به انرژی زغال سنگ متکی است بیشتر از یک منطقه با جمعیت کمتری است که به مقدار زیادی از نیروگاههای آبی یا باد تمیز دسترسی دارد. و در صورت وجود احتقان در خطوط انتقال ، می تواند مزایای سلامتی محلی انرژی PV را بالاتر ببرد که منطقه ای را با هرگونه آلودگی زیاد در منابع موجود در مجاورت قرار می دهد. هزینه های اجتماعی آلودگی هوا تا حد زیادی "خارجی" است ، یعنی بیشتر آنها در بازارهای برق بی حساب می شوند. اما می توان آنها را با استفاده از روشهای آماری اندازه گیری کرد ، بنابراین مزایای سلامتی ناشی از کاهش تولید گازهای گلخانه ای می تواند هنگام ارزیابی هزینه-رقابت از تولید PV استفاده شود.
سهم تولید کنندگان سوخت فسیلی در تغییرات آب و هوایی یکی دیگر از موارد بیرونی است که در بیشتر بازارهای برق به آن توجه نشده است. برخی از بازارهای ایالات متحده ، به ویژه در کالیفرنیا و شمال شرقی ، برنامه های cap-and-trade را اجرا کرده اند ، اما قیمت دی اکسید کربن (CO2) در آن بازارها بسیار پایین تر از برآورد هزینه های اجتماعی CO2 است و ازسایر بازارها قیمت نمی گیرند. بنابراین حسابداری کامل از فواید برق PV نیاز به تعیین میزان انتشار CO2 ناشی از تولید PV و سپس ضرب آن مقدار با قیمت کربن یکنواخت دارد و نمایانگر خسارتهایی است که این انتشارات ایجاد کرده است.
تجهیزات انرژی خورشیدی | فروشگاه اینترنتی ارگل
محاسبه هزینه ها و مزایای PV
برای بررسی ارزش در حال تغییر انرژی خورشیدی ، براون و همکارش Francis M. O'Sullivan ، معاون ارشد استراتژی در Ørsted Onshore آمریکای شمالی و یک مدرس ارشد در دانشکده مدیریت MIT Sloan ، روشی را برای ارزیابی هزینه ها تهیه کردند. و فواید برق PV در شبکه برق ایالات متحده سالانه از سال 2010 تا 2017 را بررسی کردند.محققان بر شش "اپراتور سیستم مستقل" (ISO) در کالیفرنیا ، تگزاس ، میدوست ،
Mid-Atlantic ، نیویورک و نیو انگلستان متمرکز شده اند. هر ایزو قیمت برق
را صدها "گره قیمت گذاری" در امتداد شبکه انتقال در منطقه خود تعیین می
کند. محققان تجزیه و تحلیل در بیش از 10،000 از این گره های قیمت گذاری را
انجام دادند.
برای هر گره ، آنها عملکرد یک آرایه PV مقیاس ابزار را که برای دنبال کردن خورشید در طول روز کج می شوند ، شبیه سازی می کنند. آنها محاسبه کردند که چقدر الکتریسیته تولید می کند و مزایایی که هر کیلووات فراهم می کند ، فاکتورسازی در انرژی و درآمدهای "ظرفیت" و همچنین از هزینه های بهداشت و درمان و تغییر اوضاع ناشی از جابجایی انتشار گازهای فسیلی جلوگیری می کردند. (درآمد ظرفیت برای تولید برق در زمان تقاضای اوج به ژنراتورها پرداخت می شود.) آنها بر انتشار گازهای CO2 که به تغییرات آب و هوایی کمک می کند ، و اکسیدهای ازت (NOx) ، دی اکسید گوگرد (SO2) و ذرات متمرکز شدند. ذرات ریز به نام PM2.5 وجود دارد که می توانند باعث ایجاد مشکلات جدی در سلامتی شوند و از NOx و SO2 در جو بوجود آمده یا تشکیل می شوند.
نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل نشان داد که مقدار انرژی عمده فروشی تولید PV در مکانهای مختلف متفاوت است ، حتی در منطقه ایزوی معین. به عنوان مثال ، در نیویورک سیتی و لانگ آیلند ، جایی که تراکم جمعیت زیاد است و اضافه کردن خطوط انتقال مشکل است ، ارزش بازار خورشیدی در بعضی مواقع 50 درصد بیشتر از کل ایالت بود.
مزایای بهداشت عمومی مرتبط با کاهش تولید گازهای گلخانه ای SO2 ، NOx و PM2.5 در طول دوره مطالعه کاهش یافته اما در سال 2017 هنوز هم قابل توجه بود. کسب درآمد از مزایای سلامتی تولید PV در سال 2017 تقریبا 75 درصد به درآمد انرژی در میانه غربی یورک و به طور کامل 100 درصد در میانه اقیانوس اطلس ، به لطف مقدار زیادی
از تولید زغال سنگ در میانه غربی و میانه اقیانوس اطلس و تراکم بالای جمعیت
در ساحل شرقی. اضافه می کند.
براساس محاسبه میزان انرژی و درآمدهای ظرفیتی محاسبه شده و مزایای سلامتی و آب و هوا برای سال 2017 ، محققان سؤال كردند: با توجه به اینكه از مزایای خصوصی و عمومی استفاده می شود ، برای سیستم PVP چه مقدماتی نیاز خواهد بود تا نصب PV در طول عمر خود حتی شكسته شود ، با فرض اینکه شرایط شبکه در آن سال برای عمر نصب ادامه یابد؟ به عبارت دیگر ، براون می گوید: "با چه هزینه ای سرمایه ای در سیستم PV می تواند بازده مزایا در طول عمر آرایه بازپرداخت شود؟"
با فرض مقادیر سال 2017 برای درآمدهای بازار انرژی و انرژی به تنهایی ، یک سرمایه گذاری PV غیرمجاز با هزینه های 2017 حتی شکسته نمی شود. به نفع سلامتی بیفزایید ، و PV حتی در 30 درصد از گره های قیمت گذاری مدل می شکند. با فرض قیمت کربن 50 دلار در هر تن ، این سرمایه گذاری حتی در حدود 70 درصد گره ها شکسته می شود ، و با قیمت کربن 100 دلار در هر تن (که هنوز هم کمتر از قیمت تخمینی است که برای محدود کردن افزایش درجه حرارت جهانی به زیر 2 می رسد) درجه سانتیگراد) ، PV حتی در همه گره های مدل شکسته می شود.
فقط دو سال قبل اینگونه نبود: در هزینه های PV 2015 ، PV حتی در سال 2017 حتی در 65 درصد گره ها که درآمد بازار ، مزایای سلامتی و 100 دلار در هر تن کربن را شمارش می کردند ، شکسته می شد. براون می گوید: "از سال 2010 ، انرژی خورشیدی از یکی از گران ترین منابع برق به یکی از ارزان ترین ها رفته است و اکنون حتی با در نظر گرفتن تکه های کامل از ارزش های خود ، حتی در اکثر ایالات متحده آمریکا را نیز رکورد قیمتی شکسته است."
محققان براساس یافته های خود نتیجه می گیرند که کاهش در هزینه های PV در دوره مورد مطالعه از کاهش ارزش پیشی گرفته است ، به گونه ای که در سال 2017 مزایای بازار ، سلامتی و آب و هوا از بیشتر هزینه های سیستم های PV در اکثر مکان های مدل شده بیشتر بود. براون می گوید: بنابراین میزان خورشیدی که رقابتی است سال به سال در حال افزایش است.
یافته ها حاکی از اهمیت در نظر گرفتن مزایای سلامتی و آب و هوا و همچنین درآمدهای بازار است. براون می گوید: "اگر می خواهید یک مگاوات دیگر از PV اضافه کنید ، بهتر است آن را در جایی که بیشترین تفاوت را ایجاد می کند ، نه تنها از نظر درآمد بلکه از نظر سلامتی و CO2 نیز به وجود آورد."
متأسفانه ، سیاستهای امروز این رفتار را پاداش نمی دهند. برخی از ایالت ها یارانه انرژی تجدید پذیر برای سرمایه گذاری های خورشیدی را ارائه می دهند ، اما تولید آنها را به همان اندازه در همه جا پاداش می دهد. با این حال ، در ایالاتی مانند نیویورک ، مزایای بهداشت عمومی در بعضی از گره ها نسبت به سایر کشورها به مراتب بیشتر بود. مکانیسم های پاداش در سطح ایالتی یا منطقه ای می تواند متناسب با منعکس کننده چنین تغییر در مزایای گره به گره از تولید PV باشد و انگیزه هایی را برای نصب سیستم های PV فراهم می کند که در آنها با ارزش ترین باشد. ارائه سیگنالهای قیمت متغیر با زمان (از جمله هزینه انتشار) نه تنها برای تولید کنندگان مقیاس ابزار ، بلکه برای تولید کنندگان برق و مسکونی و تجاری و مشتریان ، به همین ترتیب سرمایه گذاری PV را به مناطقی هدایت می کند که بیشترین سود را داشته باشند.
تجهیزات انرژی خورشیدی | فروشگاه اینترنتی ارگل
خروجی PV با تغییر زمان برای به حداکثر رساندن درآمد
این تجزیه و تحلیل راهنمایی هایی را ارائه می دهد که به نصب کنندگان PV امکان می دهد حداکثر درآمد خود را افزایش دهند. به عنوان مثال ، "نقاط داغ" خاصی را مشخص می کند که تولید PV به ویژه با ارزش است. به عنوان مثال ، در بعضی از گره های دارای تقاضای برق بالا در ساحل شرقی ، احتقان مداوم شبکه به این معنی است که درآمد پیش بینی شده از تولید کننده PV بیش از یک دهه بالا بوده است. تجزیه و تحلیل همچنین نشان می دهد که ممکن است آفتابی ترین سایت همیشه سودآورترین انتخاب نباشد. یک سیستم PV در تگزاس حدود 20 درصد بیشتر از یک نیرو در شمال شرقی تولید می کند ، اما درآمد انرژی در گره های شمال شرقی از تگزاس در برخی از سالهای مورد بررسی بیشتر بود.
برای کمک به صاحبان احتمالی PV ، حداکثر درآمد خود را در آینده به دست آورد ، Brown و O'Sullivan یک مطالعه ی بعدی را با تمرکز بر راه های تغییر تولید خروجی آرایه های PV برای همسویی با زمان قیمت های بالاتر در بازار عمده فروشی انجام دادند. برای این تجزیه و تحلیل ، آنها ارزش خورشیدی را در بازار روز پیش رو و همچنین "بازار زمان واقعی" در نظر گرفتند که ژنراتورها را برای اصلاح اختلافات بین عرضه و تقاضا اعزام می کند. آنها سه گزینه برای شکل دادن به خروجی ژنراتورهای PV را با تمرکز بر بازار زمان واقعی کالیفرنیا در سال 2017 کشف کردند ، زمانی که نفوذ بالای PV منجر به کاهش زیادی در قیمت های ظهر در مقایسه با قیمت صبح و عصر شد.
کاهش بازده در صورت منفی بودن قیمت ها: در طی ساعات منفی قیمت ، یک اپراتور PV می تواند به سادگی تولید را خاموش کند. در کالیفرنیا در سال 2017 ، کاهش این میزان درآمدها 9 درصد در بازار زمان واقعی در مقایسه با عملیات "must-run" افزایش یافته بود.
تغییر جهت گیری پانل های خورشیدی "ثابت شیب" (ثابت): قاعده کلی انگشت شست در نیمکره شمالی جهت جهت گیری پانل های خورشیدی به سمت جنوب است و تولید را در طول سال به حداکثر می رساند. اما تولید اوج تقریباً ظهر اتفاق می افتد ، هنگامی که قیمت برق در بازارهایی که دارای نفوذ زیاد خورشیدی هستند در کمترین حد خود قرار دارد. نشان دادن تابلوها به سمت غرب نسل بعد از ظهر را به حرکت در می آورد. در بازار زمان واقعی کالیفرنیا در سال 2017 ، بهینه سازی جهت گیری می تواند درآمد 13 درصد یا 20 درصد در رابطه با محدودیت را افزایش دهد.
استفاده از ردیابی 1 محور: برای نصب در مقیاس بزرگتر ، پانل های خورشیدی غالباً روی ردیاب های خورشیدی اتوماتیک نصب می شوند و در طول روز از شرق در صبح به غرب در غروب می چرخند. استفاده از چنین ردیابی 1 محوری در سیستم کالیفرنیا در سال 2017 باعث افزایش درآمد 32 درصدی نسبت به نصب شیب ثابت می شد و استفاده از ردیابی به علاوه محدودیت در هزینه باعث افزایش 42 درصدی درآمد می شد.
محققان از دیدن میزان تغییر جهت بهینه در کالیفرنیا در طی دوره مطالعه خود شگفت زده شدند. براون می گوید: "در سال 2010 بهترین جهت یابی برای یک آرایه ثابت حدود 10 درجه غربی بود." "در سال 2017 ، حدود 55 درجه از جنوب غربی است." این تعدیل به دلیل تغییر در قیمت های بازار است که همراه با رشد چشمگیر در تولید PV است - تغییراتی که در مناطق دیگر هنگام شروع به رشد نسل خورشیدی آنها رخ می دهد.
محققان تأکید می کنند که شرایط در شبکه های برق و بازار برق دائماً در حال تغییر است. با توجه به این نکته ، آنها پایگاه داده و كد رایانه خود را علناً در دسترس قرار دادند تا دیگران بتوانند به آسانی از آنها برای محاسبه تخمین به روز شده از مزایای خالص برق PV و سایر منابع انرژی توزیع شده استفاده كنند.
آنها همچنین بر اهمیت دریافت قیمتهای متفاوت برای همه فعالان بازار و تطبیق راهبردهای نصب و اعزام با تغییر شرایط سیستم قدرت تأکید دارند. قانونی تصویب شده که در سال 2020 در کالیفرنیا لازم الاجرا شود ، که کلیه خانه های جدید نیاز است که دارای صفحات خورشیدی باشند. نصب پانل های معمول جنوبی روبرو با خروجی نامحدود می تواند بازار برق را در مواقعی که سایر تاسیسات PV در حال تولید هستند ، اشباع کند.
براون می گوید: "اگر در عوض آرایه های سقفی از پنل های غربی استفاده کنید که می توانند در زمان منفی قیمت خاموش شوند ، برای کل سیستم بهتر است." "به جای اضافه کردن خورشیدی بیشتر در مواقعی که قیمت در حال حاضر کم است و میکس الکتریسیته نیز تمیز است ، تاسیسات جدید PV باعث تولید ژنراتور بنزین گران و کثیف در عصر می شوند.
منبع : techxplore.com
مقالات مرتبط:
تولید برق از سایه!!!!!!!!!!!
آیا پایداری خورشیدی به اندازه کافی پیش می رود؟