علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
يعتبر الاستثمار في مجال الطاقة الشمسية احدى المصادر الهامة لتوفير الطاقة المستدامة وتقليل تلوث الهواء الناتج من حرق الوقود الاحفوري، فضوء الشمس مصدر هام لتوليد الطاقة الكهربائية وامداد المخازن والورش في المناطق الصناعية الصغيرة والمزارع الاقتصادية إضافة الى المساكن. وهناك عدة عوامل لها تأثير اقتصادي مباشر على الاستخدام الواسع للطاقة الشمسية.
وفي هذا المقال، سوف نسلط الضوء على جدوى الاستثمار في مجال الطاقة الشمسية ومعرفة قيمة العائد المالي (NPV) والمدة اللازمة لاسترجاع رأس المال (Pay pack year) في مشاريع الطاقة الشمسية والاستفادة منها. فالتكلفة الاقتصادية العالية لشراء وتركيب الوحدات الشمسية للمجمعات الكبيرة واستعادة رأس المال، لها تأثير مباشر لجذب المستثمرين لهذا المجال، لذلك يجب النظر بجدية الى نوعية التصاميم لوحدات الطاقة الشمسية وكيفية دمج الكهرباء للطاقة الشمسية مع كهرباء المدينة وإمكانية الاستغلال الكامل للطاقة الشمسية بوحدات لتخزين الطاقة بواسطة البطاريات.
وكذلك الالمام بالحسابات الافتراضية الاقتصادية للمحطة، فعلى سبيل المثال، لابد من الأخذ في الاعتبار تغير كفاءات محطة الطاقة الشمسية ومدة سطوع الشمس على الألواح الشمسية (PV). فكما تشير العديد من الدراسات والاختبارات العملية عن أن مدة سطوع الشمس في الخليج العربي لتزويدنا بالطاقة الشمسية تتراوح ما بين 10 ساعات في الشتاء و 12 ساعة في الصيف. علماً بأن أول ساعتين في الصباح والعصر تزود الشمس الألواح (PV) بطاقة كهروضوئية بحوالي 15%-30% فقط من طاقتها. في الصورة رقم (1) توضح ان الأوج لتوليد الطاقة الكهروضوئية من الألواح الشمسية تكون ما بين 10 صباحاً الى 3 عصراً. وليس كما يعتقده البعض ان مستوى الطاقة المولدة من الألواح ينتج بشكل متماثل من بداية سطوع الشمس وحتى الغروب.
كما أوضحت التجارب العملية أن العوامل المناخية لها تأثير مباشر على كفاءة الألواح الشمسية. ففي فصل الصيف تتأثر الخلايا الشمسية بارتفاع درجات الحرارة فتفقد الطاقة بـمعدل (%0.4) لكل زيادة واحدة في درجة الحرارة، أما في فصل الشتاء فترتفع كفاءة الألواح الشمسية في انتاج الطاقة الكهربائية نسبياً مقارنة بالصيف. وكما هو مفترض في الحسابات الاعتيادية للطاقة الشمسية أن الكفاءة النهائية للألواح الشمسية سوف تزودنا بطاقة بين 95% إلى 85% من الطاقة الكهربائية وذلك لعدة عوامل: منها الغبار والأتربة حيث لها تأثير مباشر على الألواح الشمسية.
وعند التخطيط لتشغيل محطة شمسية، يجب الأخذ بعين الاعتبار المؤثرات الجوية التي تقلل من كفاءة الألواح الشمسية مثل الغيوم، أو الأتربة والغبار المتراكم على أسطح الخلايا الشمسية، ومعرفة كفاءة الوحدات في الظروف العادية ومعامل التراجع السنوي لكفاءة الوحدة الشمسية وهو (0.5%) وميلان واتجاه جميع الألواح إلى الشمس وعدم وجود الظلال. وفي التصاميم الشاملة يجب الإلمام بمعرفة كمية وعمر العاكس الكهربائي (inverter) وحساب كفاءة التشغيل (96%) المتوقعة وعدد البطاريات لتخزين الطاقة الشمسية وتخزينها بعيداً عن الحرارة لحماية عمرها الافتراضي (5 سنوات) والاستفادة منها في أوقات المساء.
ومن الجدير بالذكر أن تكلفة الطاقة الشمسية بواسطة الألواح الشمسية (PV) تراجعت إلى أكثر من 82% عن مثيلاتها من وحدات الطاقة المستدامة الأخرى كما هو موضح في الصورة رقم (3). وقد تم اعداد دراسة أولية لاحتساب العائد الاقتصادي لمحطة كهربائية صغيرة للطاقة الشمسية بواسطة الألواح الشمسية (PV) بطاقة 125 كيلووات مع وحدات تخزين للطاقة (البطاريات) دون ايصالها بتيار الكهربائي للمدينة (off grid solar) وتم احتساب (0.08$) لكل كيلووات وهي القيمة السعرية للكهرباء للوحدات السكينة أو التجارية في دول الخليج.
وتم احتساب الطاقة الكهربائية المولدة نهاراً وهي 10 ساعات من الطاقة بـ 1240 كيلووات لكل يوم. وتم احتساب (0.08$) لكل كيلووات وبالتالي تقدم المحطة في حالة الكفاءة 100% طاقة كهربائية بقيمة (99.2) دولار لكل يوم، ما يعادل (36,208) دولار سنوياً. وفي الدراسة الأولية تم احتساب سيناريو التكلفة الانشائية لتوليد واحد كيلووات من الطاقة الشمسية ما بين الحد الأعلى بـ 2200 والحد الأدنى بـ 1200 دولار أمريكي شاملة الألواح والبطاريات والأسلاك والعاكسات الكهربائية مع التركيب.
ويوضح جدول رقم (1) سيناريو الحد الأعلى لقيمة الانشاءات بحوالي 275 ألف دولار. وتم احتساب قيمة العائد المالي (NPV) للمشروع بعد عشرين سنة من الانشاءات وعدد السنوات لاستعادة رأس المال (Pay pack year) والنسبة المئوية لاستعادة رأس المال (IRR). وفي الصورة رقم (4) نجد أن قيمة العائد المالي (NPV) للمشروع تعتمد على كفاءة استقبال أشعة الشمس ومجمل انتاج التيار الكهربائي. ففي حالة الإنتاج الكهربائي بكفاءة 75% سوف يكون استعادة رأس المال بعد 14 سنة من الاستثمار حسب الحسابات الأولية، وقيمة العائد المالي الربحي سوف يكون 102 ألف دولار بعد 20 سنة. وفي حالة تدني كفاءة توليد الكهرباء إلى أقل من 50% سوف يكون العائد المالي الربحي بعد 21 سنة من المشروع.
وفي المقابل جدول رقم (2) يوضح في حالة احتساب سيناريو الحد الأدنى لقيمة الانشاءات والتجهيزات بحوالي 150 ألف دولار. وتم إعادة حساب قيمة العائد المالي (NPV) للمشروع وعدد السنوات لاستعادة رأس المال (Pay pack year) والنسبة المئوية (IRR). وتوضح الصورة رقم (5) أن قيمة العائد المالي (NPV) واستعادة رأس المال للمشروع ستكون سريعة ومتغيرة حسب كفاءة استقبال أشعة الشمس وانتاج التيار الكهربائي. ففي حالة الإنتاج بكفاءة 75% سوف يكون استعادة رأس المال بعد 8 سنوات من الاستثمار حسب الحسابات الأولية.
كما أن قيمة العائد المالي الربحي سوف يكون 227 ألف دولار بعد 20 سنة تفوق على قيمة المشروع بـ 150%. أما في حالة تدني كفاءة توليد الكهرباء لأقل من 50% فسوف يكون العائد المالي ايجابياً بعد 11 سنة منذ انشاء المشروع وقيمة العائد المالي الربحي بـ 119 ألف دولار بعد عشرين عاماً.
وفيما سبق، تم تقديم سيناريوهات متعددة لحسابات أولية للجدوى الاقتصادية بناءً على تسعيرات افتراضية وغير نهائية. ولكي يتسنى للمستثمر عمل تقييم جيد للمشروع فلا بد من معرفة التصاميم لوحدات الطاقة التي يحتاجها المشروع بدقة وملحقاتها بجميع أنواعها المختلفة في الأسعار والجودة. والأخذ بالاعتبار العمر الافتراضي لبعض الوحدات والحاجة لاستبدالها وتضمينها في جدول التكلفة واحتساب الكفاءة لكل قسم لعمل حسابات دقيقة. كما يجب إضافة تكلفة الصيانة السنوية وتنظيف الوحدات دورياً. وهذا بدورة سوف يساهم في الحفاظ على البيئة وتوفير الكهرباء والطاقة للأعمال التجارية واستعادة رأس المال خلال 7-14 سنوات من المشروع في الحالات المثالية.
*دكتوراه في الهندسة الكيميائية
المصادر:
[1] Techno-Economics of Solar PV on Mosque Rooftops: Results from a Pilot Study in Saudi Arabia, KAPSARC, 2019, Doi: 10.30573/KS–2019-DP54
[2] IRENA 2020, Renewable power generation costs in 2019