۱۴ پارامتر مهم در انتخاب محل مناسب احداث نیروگاه‌ خورشیدی فتوولتاییک در ایران

نویسنده: محسن فرزان، کارشناس ارشد انرژی‌های تجدیدپذیر        زمان مطالعه: ۵ دقیقه

آمایش سرزمینی محل احداث نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک مقیاس بزرگ را می‌توان در پنج بخش اصلی فنی، جغرافیایی، اجتماعی-اقتصادی، محیط‌زیستی و ایمنی انجام داد. این آمایش سرزمینی، در راستای تشخیص و انتخاب محل مناسب برای احداث مزرعه خورشیدی با راهیافت توسعه پایدار، صورت می‌پذیرد. در ادامه به بررسی ۱۴ پارامتر اساسی در انتخاب محل مناسب برای احداث نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک در ایران پرداخته شده است.

۱- تابش خورشید (Solar radiation)

میزان تابش خورشید که به سطح ماژول‌های فتوولتاییک می‌تابد، نقش کلیدی در عملکرد فنی و اقتصادی نیروگاه خورشیدی ایفا می‌کند. به‌منظور محاسبه تابش خورشید برای کاربردهای فتوولتاییک، پارامتر تابش کل روی سطح افقی (Global Horizontal Irradiance-GHI) به‌صورت میزان تمام تابش‌هایی که به یک سطح افقی در محل احداث نیروگاه (ساختگاه) می‌رسد، تعریف می‌شود. این تابش کل، مجموع تابش مستقیم روی سطح عمود به پرتو خورشید (DNI) و تابش پراکنده روی سطح افقی (DNI) است. میزان تابشی که از خورشید به سطح پنل خورشیدی می‌رسد، وابسته به پارامترهای مختلفی هم‌چون رطوبت، گردوغبار، زاویه خورشید، میزان ابری‌بودن هوا و طول و عرض جغرافیایی محل احداث نیروگاه، است.

محل‌های با GHI بالاتر برای احداث نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک متصل به شبکه مناسب‌تر هستند. به بیان دیگر، راندمان سیستم‌های فتوولتاییک در مکان‌هایی با میزان GHI پایین‌تر، کمتر خواهد بود.

شکل ۱: نقشه پتانسیل انرژی خورشیدی براساس GHI (منبع: SolarGIS)

۲- متوسط دمای سالانه (Mean annual temperature)

درنظرگرفتن اثر دما در فرآیند انتخاب محل احداث نیروگاه خورشیدی، باعث کاهش هدررفت سرمایه و افزایش راندمان نیروگاه خورشیدی می‌شود. این امر به‌دلیل آن است که بین راندمان ماژول‌‌های فتوولتاییک و دمای آن‌ها رابطه عکس برقرار است.

۳- متوسط بارش سالانه (Average annual precipitation)

اگرچه بارش باران سالانه یک پارامتر هیدرولوژی مهم محسوب می‌شود، میزان بارش بسیار زیاد باران می‌تواند یک پارامتر مهم در محل احداث نیروگاه خورشیدی باشد؛ چراکه رطوبت بالا می‌تواند با جذب و یا بازتاب نور خورشید، میزان تابشی که به سطح ماژول‌های فتوولتاییک می‌رسد را کاهش دهد.

۴- شیب زمین (Slope)

شیب زمین یک پارامتر ژئوموروفولوژیکی (زمین ریخت‌شناسی) در مطالعه محل احداث نیروگاه خورشیدی است که به‌طور چشمگیری بر پایداری محل نصب نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک اثرگذار است. شیب زمین می‌تواند روی هزینه عمرانی نیروگاه خورشیدی اثر مستقیم داشته باشد. با افزایش میزان شیب، هزینه تسطیح زمین و ساخت سازه نگهدارنده (استراکچر) پنل‌های خورشیدی افزایش می‌یابد. بنابراین، بهتر است که محل مورد نظر جهت ساخت نیروگاه خورشیدی، صاف و دارای شیب اندک باشد. شیب اقتصادی برای محل احداث نیروگاه خورشیدی بین ۰ تا ۳ درجه است.

علاوه‌براین، ارتباط مستقیمی بین شیب زمین و احتمال رانش آن وجود دارد که می‌تواند از نقطه نظر ایمنی نیروگاه نیز زمین‌های با شیب زیاد (بیش از ۱۰ درجه) را برای راه‌اندازی نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک، نامناسب دانست.

پیشنهاد مطالعه: انرژی خورشیدی چیست؟

۵- جهت شیب زمین (Aspect)

این پارامتر نشان‌گر جهت شیب زمین است. اگر محل احداث نیروگاه خورشیدی در نیم‌کره شمالی زمین قرارداشته باشد (مانند ایران)، بهترین جهت برای نصب ماژول‌های فتوولتاییک به سمت جنوب است. بنابراین، بهتر است که جهت شیب زمین به سمت جنوب باشد. اگرچه، این بدین‌معنا نیست که دیگر جهت‌های شیب زمین برای نصب ماژول‌های فتوولتاییک مناسب نیست، بلکه تنظیم و نصب پنل‌های خورشیدی در این زمین‌ها دشواری و پیچیدگی کمتری خواهد داشت.

۶- ارتفاع از سطح دریا (Elevation)

بین دما و میزان بارندگی با ارتفاع از سطح دریا ارتباط وجود دارد. به‌دلیل نازک‌ترشدن لایه اتمسفر، در محل‌های با ارتفاع بیش‌تر از سطح دریا شدت تابش افزایش می‌یابد. از سوی دیگر، به دلیل کاهش دما در ارتفاعات بالاتر، عملکرد ماژول‌های فتوولتاییک نیز بهبود پیدا می‌کند. البته در محل‌هایی که به‌دلیل افزایش ارتفاع دسترسی به آن‌جا سخت می‌شود، هزینه انتقال تجهیزات، کارگر و احداث نیروگاه افزایش پیدا می‌کند، که درنتیجه برای راه‌اندازی نیروگاه خورشیدی مناسب نخواهد بود.

۷- گسل‌ها (Faults)

گسل به مکانی اتلاق می‌شود که وقوع زلزله چندین‌بار منجر به تخریب سازه شده است. این موضوع به‌عنوان یک ویژگی ژئولوژیکی خطرناک در فرآیند انتخاب زمین مناسب برای ساخت نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک، مدنظر قرار می‌گیرد. ریسک تخریب سازه نیروگاه خورشیدی در نزدیکی گسل‌های زمین بسیار بالا است. ازاین‌رو، نه‌تنها ساخت سکونت‌گاه انسان‌ها بلکه احداث نیروگاه خورشیدی در فاصله‌ای مناسب از گسل‌های زمین، امری ضروری است.

سازه‌های نصب پنل‌های خورشیدی محکم و سبک هستند و اغلب تحمل ارتعاش را دارند. بنابراین، فاصله ۲۰۰ متری از گسل‌های اصلی برای انتخاب زمین احداث نیروگاه خورشیدی باید لحاظ شود.

۸- رودخانه‌ها و دریاچه‌ها (Rivers and lakes)

به‌دلیل نیاز به محافظت از محیط‌زیست اکولوژیکی رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و دیگر منابع آبی، لازم است که نیروگاه‌های برق با فاصله از این مناطق ساخته شوند. برخلاف دیگر انواع نیروگاه‌های برق، سیستم‌های خورشیدی فتوولتاییک آلایندگی بسیار کمی دارد. براساس مدل بولین (Boolean) حداقل فاصله نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک با رودخانه و دریاچه باید ۲۰۰ متر باشد. البته رعایت این فاصله باعث افزایش ایمنی نیروگاه در مقابل خطر وقوع سیل نیز خواهد شد.

۹- جاده ارتباطی (Road network)

دسترسی به جاده نقشی مهم در موفقیت و یا شکست پروژه‌های نیروگاهی ایفا می‌کند. جاده مناسب باعث سهولت در رفت‌وآمد نیروی انسانی و حمل‌ونقل تجهیزات نیروگاه می‌شود. ازاین‌رو، دسترسی به جاده به‌عنوان یک عامل پایه‌ای در آمایش سرزمینی محل احداث نیروگاه‌های خورشیدی، درنظر گرفته می‌شود. در پروسه انتخاب محل مناسب برای نیروگاه برق خورشیدی فتوولتاییک، دسترسی به جاده به‌عنوان یک مزیت برای ساختگاه شناخته می‌شود. البته به‌دلیل مسائل ایمنی و حریم جاده‌ای، فاصله ۳۰۰ متری تا جاده اصلی باید مدنظر قرارگیرد.

۱۰ مناطق روستایی و شهری (Urban and rural areas)

مراکز پرجمعیت از مهم‌ترین فاکتورها در فرآیند آمایش سرزمینی برای انتخاب محل احداث نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک قرار دارد. مناطق روستایی و شهری با دربرداشتن مراکز شلوغ می‌توانند هزینه انتقال و توزیع برق را کاهش دهند. به‌دلیل صرفه‌جویی در هزینه‌ها، سودآوری نیروگاه خورشیدی و نرخ بازگشت سرمایه در این مناطق افزایش پیدا می‌کند. هم‌چنین، قرارگیری نیروگاه‌های برق تجدیدپذیر در مجاورت مناطق شهری می‌تواند آلودگی ناشی از تولید برق فسیلی در نزدیکی محل زندگی انسان‌ها را کاهش دهد.

پیشنهاد مطالعه: معرفی و دانلود نرم‌افزار شبیه‌سازی نیروگاه خورشیدی PVSYST

۱۱- خطوط انتقال برق (Electric power transmission lines)

احداث نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک در نزدیکی خطوط انتقال برق از لحاظ اقتصادی اهمیت دارد. از دید فنی، مجاورت با شبکه انتقال برق باعث کاهش تلفات در خطوط انتقال‌ می‌‌شود. بنابراین فاصله اقلیدسی بین خطوط انتقال برق و ساختگاه به‌عنوان یک فاکتور فنی-اقتصادی جهت انتخاب بهینه محل احداث نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک متصل به شبکه در نظر گرفته می‌شود.

۱۲- استانداردهای ایمنی – امنیتی (Safety and security standards)

به‌منظور حفظ حریم مناطقی نظامی و امنیتی، در نظرگرفتن فاصله ۱۰۰۰ متری تا این مراکز جهت تعیین مکان احداث نیروگاه خورشیدی ضروری است. انبارها و مخازن ذخیره‌سازی سوخت نیز حاشیه ایمنی دارند که باید به آن توجه شود. برای حفظ ایمنی پرواز هواپیماها، ساخت‌وساز در حریم خصوصی نیروگاه ممنوع است. تحقیق‌ها نشان می‌دهد فاصله ۳۰۰۰ متری از فرودگاه جهت احداث نیروگاه خورشیدی باید رعایت شود.

۱۳- معیارهای زیست‌محیطی (Environmental criteria)

به‌دلیلی خشکی برخی مناطق، پوشش گیاهی محدود در پارک‌های طبیعی، سایت‌های گردشگری، مراتع و جنگل‌ها نباید برای توسعه نیروگاه‌ خورشیدی، تخریب شود. رعایت فاصله ۲۰۰ متری از پارک‌های طبیعی و سایت‌های گردشگری و فاصله ۵۰۰ متری از مراتع و جنگل‌ها باید جهت تعیین محل ساخت نیروگاه خورشیدی، در نظر گرفته شود. فاصله ایمن تا محل دفن زباله برای احداث نیروگاه با هدف اطمینان از حفظ سلامت کارکنان نیروگاه، ضروری است. این موضوع هم‌چنین برای جلوگیری از کاهش عملکرد پنل‌های خورشیدی به‌دلیل انباشتگی ذرات معلق در هوا، اهمیت دارد.

پیشنهاد مطالعه: دانلود رایگان کتاب سیستم‌های خورشیدی فتوولتاییک متصل به شبکه

۱۴- دیگر معیارهای اجتماعی – اقتصادی (Other socio-economic criteria)

احداث و گسترش نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک با هدف کمک توسعه پایدار مناطق صورت می‌گیرد. ازاین‌رو، تخریت زمین‌های کشاورزی و باغات قابل کشت برای نصب سیستم‌های فتوولتاییک منطقی نیست. قابل‌توجه است که زمین‌های کشاورزی، باغات و مراکز پرورش آبزیان که منبع درآمد مردم محلی هستند نباید برای احداث و توسعه نیروگاه خورشیدی، دچار آسیب شوند. بنابراین، حفظ حریم این مناطق و رعایت فاصله مناسب می‌تواند از تنش‌های بعدی با اهالی محلی جلوگیری کند. بااین‌حال، زمین‌های بایر و لم‌یزرع کشاورزی می‌تواند گزینه مناسب برای راه‌اندازی نیروگاه خورشیدی باشند.

مناطق صنعتی و معادن و آلودگی ناشی از فعالیت‌ها هم‌چون گردوغبار می‌تواند اثر منفی روی عملکرد پنل‌های خورشیدی فتوولتاییک از طریق جذب و بازتابش پرتوهای خورشید، داشته باشد. از همین‌روی رعایت فاصله ۵۰۰ متری از معادن و مناطق صنعتی پیشنهاد می‌شود.

باتوجه به این ۱۴ پارامتر مهم می‌توان امکان‌سنجی محل مناسب جهت احداث نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک را به‌خوبی انجام داد.

منبع:

H. Hafeznia, H. Yousefi, and F. R. Astaraei, “A novel framework for the potential assessment of utility-scale photovoltaic solar energy, application to eastern Iran,” Energy Convers. Manag., vol. 151, pp. 240–۲۵۸, ۲۰۱۷.