علمی، پژوهشی و فناوری

زمین‌های کشاورزی، برق هم تولید می‌کنند

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : یکی از مهم‌ترین چالش‌های نیروگاه‌های خورشیدی و مزارع صفحات خورشیدی، نیاز به سطح وسیعی از زمین است. این امر در کنار مشکلات فنی مانند بازده کم صفحات یا غیر قابل استفاده بودن در نیمی از شبانه‌روز، اقتصادی بودن طرح‌های نیروگاهی خورشیدی را زیر سوال می‌برد؛ با این وجود، راه‌حل‌های نوآورانه‌ای هم در این زمینه وجود دارند.

چالش زمین برای نیروگاه‌های خورشیدی

بررسی‌ها نشان می‌دهد یک نیروگاه فتوولتائیک (PV) در مقیاس صنعتی معمولاً به ازای هر مگاوات (MW) ظرفیت برق به حدود ۸ تا ۱۰ هکتار زمین نیاز دارد، اگرچه این رقم بسته به عوامل مختلفی می‌تواند متغیر باشد.

از طرفی، میزان تابش خورشید در هر نقطه جغرافیایی متفاوت است. بعضی محدوده‌های جغرافیایی نور کم‌تری از نیاز فعالیت صفحات دریافت می‌کنند و در برخی مناطق مانند کویرها نیز نور و گرمای زیادی از خورشید صفحات خورشیدی را با خطر مواجه می‌کنند.

صفحات خورشیدی مدرن، در بهترین حالت بازدهی در حدود ۲۰ درصد دارند؛ یعنی در هنگام فعالیت یک پنجم تابش دریافتی را به برق تبدیل می‌کنند. علاوه‌بر این، باید توجه داشت که نیروگاه خورشیدی، نیمی از شبانه‌روز و در روزهای ابری عملا بیکار است و برقی تولید نمی‌کند.ظرفیت ایران برای توسعه نیروگاه‌های خورشیدی

ایران، بیش از ۳۰۰ روز سال آفتابی در سال دارد و مطالعات نشان می‌دهد میانگین تابش روزانه خورشید در بیشتر نقاط کشور از ۵ کیلووات ساعت بر متر مربع در روز فراتر می‌رود و برخی مناطق به بیش از ۶ کیلووات ساعت بر متر مربع در روز می‌رسندبه جز زمین‌های کشاورزی، فناوری نیروگاه‌های خورشیدی دومنظوره می‌تواند بر روی سطوح آب‌های ساکن مانند سدها و دریاچه‌ها (نیروگاه‌های شناور)، سقف پارکینگ‌ها و انبارها، سقف گلخانه‌ها و حتی محوطه‌های آزاد مانند دامداری یا مرغداری‌ها نصب شود. 

تجربه‌های جهانی

در فرانسه، قانون تسریع تولید انرژی‌های تجدیدپذیر (APER Law) که در ۲۰۲۳ تصویب شد، چارچوب قانونی جدیدی را برای توسعه نیروگاه‌های خورشیدی دوگانه فراهم کرد؛ به نحوی که عدم قطعیت‌ها و تعارضات مربوط به این نحوه استفاده از زمین‌ها را مدیریت می‌کند.

چین از سال ۲۰۱۱ در برنامه‌های پنج‌ساله خود، از مدل "PV+" برای ترکیب پنل‌های خورشیدی با کشاورزی، دامداری و شیلات حمایت کرده است. این برنامه‌ها شامل توسعه چارچوب‌های فنی و قانونی برای توسعه نیروگاه‌های خورشیدی دوگانه با تأکید بر عدم تأثیر منفی بر تولید غذا هستند. آلمان و ژاپن نیز قوانینی برای ایجاد و حمایت از طرح‌های مشابه دارند..طبق داده‌ها، از نظر میزان تابش کافی برای صفخات خورشیدی، بیشتر مناطق مرکزی، شرقی و جنوبی ایران برای احداث نیروگاه‌های خورشیدی مناسب هستند.  

در تهران، میانگین میزان تابش حدود ۵.۵ کیلووات ساعت در هر مربع است. حال اگر فرض کنیم یک کارخانه متوسط به حدود ۳۰۰ کیلووات بار پایدار نیاز داشته باشد و برای تأمین برق مورد نیاز آن، تنها به پنل‌های خورشیدی با ۲۰ درصد راندمان اتکا شود، حداقل به حدود ۱.۵ تا ۲ هکتار زمین نیاز است تا این برق تأمین شود.

به عبارت دیگر، صنایع بزرگ و شرکت‌های صنعتی برای اینکه بخواهند روی نیروگاه‌های خورشیدی سرمایه‌گذاری کنند، علی‌رغم استفاده از پشت‌بام‌ها و فضاهای غیر قابل استفاده، بازهم به زمین وسیع نیاز دارند. 

در مقایسه، نیروگاه‌های فسیلی با ظرفیت مشابه و بازده بیشتر، تنها کسری از این میزان زمین را اشغال می‌کنند. با این حال، آلودگی نیروگاه‌های فسیلی و تجدیدناپذیر بودن آن، حرکت به سمت نیروگاه‌های تجدیدپذیر را اجتناب‌ناپذیر می‌کند.

انرژی و غذا؛ استفاده دوگانه از زمین‌های کشاورزی

یکی از راه‌حل‌هایی که پیش روی این چالش‌ها وجود دارد، طراحی نیروگاه‌های فتوولتائیک به صورت دوگانه (دومنظوره) است تا تولید انرژی خورشیدی را با کاربری دیگری از زمین در همان منطقه، مانند کشاورزی ادغام می‌کنند. این امر در سطح صنعتی در دنیا اجرایی شده است و نتایج خوبی را نیز به همراه داشته است.

در این سیستم‌ها، زمین مورد استفاده برای پنل‌های خورشیدی، همزمان برای کشاورزی یا کاربری‌های دیگر استفاده می‌شود. این امر دستیابی همزمان به مزایای انرژی و غیرانرژی را به دنبال داشته و همچنین مزایای زیست‌محیطی مانند کاهش مصرف آب و تنش گرمایی نیز دارد.این طراحی‌های دوگانه امکان بهره‌وری حداکثری از فضا را فراهم می‌آورند و با رعایت اصول فنی یا ایجاد قوانین و سیاست‌های تکمیلی، تداخلی با کاربرد اصلی محیط ایجاد نمی‌کنند. طرح‌های مشابه علاوه‌بر کشورهای ذکر شده، در تایلند، اردن، الجزایر، مصر، ایتالیا و یونان نیز اجرا شده است.

استفاده از زمین به‌صورت دوگانه، راه‌حلی نوآورانه برای چالش کمبود زمین در توسعه نیروگاه‌های خورشیدی است. این رویکرد می‌تواند به‌ویژه در مناطق شهری یا صنعتی با کمبود زمین مناسب، مؤثر واقع شود. با توجه به تجربیات موفق در کشورهای مختلف، می‌توان امیدوار بود که این مدل در سایر نقاط جهان نیز می‌تواند اجرا شود