آیا می‌دانستید خورشید در یک ساعت می‌تواند انرژی موردنیاز یک سال جهان را تولید کند؟ خورشید درواقع یک منبع انرژی باورنکردنی است و به‌همین‌دلیل است که صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر و احداث مزرعه خورشیدی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این مزارع پهنه‌های وسیعی هستند که از تعداد زیادی پنل خورشیدی برای تبدیل نور خورشید به برق استفاده می‌کنند.
اما ساخت چنین مزارع عظیمی نیازمند زیرساخت مناسب و مقاومی است. پس چه‌کار باید کرد؟ اینجاست که ژئوگرید به‌عنوان یک راهکار ایدئال برای تثبیت و استحکام زمین زیرین پنل‌های خورشیدی مطرح می‌شود. در این مقاله ابتدا توضیح می‌دهیم که مزرعه خورشیدی چیست و پس از آن به بررسی نقش ژئوگرید در احداث آن می‌پردازیم.
مزرعه خورشیدی چیست؟
مزرعه خورشیدی (Solar Farm) که به آن نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک یا پارک خورشیدی نیز گفته می‌شود، تأسیساتی در مقیاس بزرگ است که از تعداد زیادی پنل فتوولتائیک (PV) یا پنل خورشیدی برای تولید برق از طریق انرژی خورشیدی استفاده می‌کند.
برخلاف سیستم‌های خورشیدی خانگی که برای تأمین برق یک یا چند ساختمان به کار می‌روند، مزارع خورشیدی برای تولید برق در مقیاس صنعتی و برای توزیع در شبکه برق سراسری یا تأمین برق صنایع و مناطق بزرگ طراحی و احداث می‌شوند. در واقع این مزارع به‌عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر و پاک، نقشی کلیدی در کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و مبارزه با تغییرات آب‌وهوایی ایفا می‌کنند.
مزرعه خورشیدی چگونه کار می کند؟
پنل‌های مزرعه خورشیدی از سلول‌های فتوولتائیک ساخته شده‌اند. هنگامی که نور خورشید به سلول‌های فتوولتائیک برخورد می‌کند، اثر فوتوالکتریک رخ می‌دهد و فوتون‌های نور خورشید به الکترون‌ها در سلول‌ها انرژی می‌دهند و آنها را به حرکت در می‌آورند. حرکت الکترون‌ها در سلول‌های فتوولتائیک، جریان الکتریکی مستقیم (DC) ایجاد می‌کند که ولتاژ و جریان این برق DC به نوع سلول‌های فتوولتائیک و شدت نور خورشید بستگی دارد.
برق DC تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی، برای استفاده در شبکه برق یا لوازم الکتریکی خانگی، باید به جریان متناوب (AC) تبدیل شود. این کار توسط دستگاهی به نام اینورتر انجام می‌شود. برق AC تولید شده توسط اینورتر، می‌تواند به شبکه برق سراسری انتقال یابد و در اختیار مصرف‌کنندگان قرار گیرد. همچنین می‌توان از آن برای مصرف در محل، مانند تأمین برق روشنایی معابر، پمپ‌های آب کشاورزی و… استفاده کرد.
انواع مزرعه خورشیدی کدامند؟
مزارع خورشیدی را می‌توان بر اساس نحوه اتصال به شبکه برق و فناوری به‌کاررفته به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد.
۱. بر اساس نحوه اتصال به شبکه برق
- مزرعه خورشیدی متصل به شبکه برق (on grid): این نوع مزارع خورشیدی، برق تولید شده را به شبکه برق سراسری انتقال می‌دهند. این نوع مزرعه خورشیدی رایج‌ترین نوع است و در مقیاس‌های بزرگ احداث می‌شود
- مزرعه خورشیدی جدا از شبکه برق (Off Grid): این نوع مزارع، برق تولید شده را در محل مصرف استفاده می‌کنند و به شبکه برق سراسری متصل نیستند. معمولاً در مناطق دورافتاده که دسترسی به شبکه برق سراسری ندارند احداث می‌شود
- مزرعه خورشیدی هیبریدی یا ترکیبی (Hybrid): این نوع مزارع هم به شبکه برق سراسری متصل هستند و هم می‌توانند برق را در محل مصرف استفاده کنند. آنها قابلیت اطمینان بیشتر و انعطاف‌پذیری بالاتری نسبت به دو نوع دیگر دارند
۲. بر اساس فناوری به‌کاررفته
- مزارع خورشیدی فتوولتائیک: این نوع مزارع خورشیدی، از پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک برای تبدیل نور خورشید به برق استفاده می‌کنند. پنل‌های فتوولتائیک رایج‌ترین نوع پنل‌های خورشیدی هستند و در مقیاس‌های بزرگ و کوچک استفاده می‌شوند
- مزارع خورشیدی حرارتی: این نوع مزارع از آینه‌های خورشیدی برای جمع‌آوری نور خورشید و گرم‌کردن سیال استفاده می‌کنند. گرمای ایجاد شده سپس برای تولید بخار و چرخاندن توربین‌ها به‌کار گرفته می‌شود تا برق تولید شود. مزارع خورشیدی حرارتی معمولاً در مقیاس‌های بزرگ احداث می‌شوند و برای تولید برق در شبکه‌های برق سراسری استفاده می‌شوند
مطالعه بیشتر: کاربرد ژئوسنتتیک ها در انرژی بادی
احداث مزرعه خورشیدی چه مزایایی دارد؟
احداث مزرعه خورشیدی مزایای متعددی دارد که می‌توان آنها را به‌طورکلی در دسته‌های زیر طبقه‌بندی کرد:
مزایای زیست‌محیطی مزرعه خورشیدی
- کاربری زمین: مزارع خورشیدی را می‌توان در مناطقی که برای کشاورزی مناسب در نظر گرفته نمی‌شود نصب کرد و بهره‌مندی از زمین‌های غیرمولد را به حداکثر رساند
- منبع انرژی تجدیدپذیر و پاک: برخلاف سوخت‌های فسیلی، انرژی خورشیدی آلاینده‌ای ندارد و به محیط‌زیست آسیب نمی‌رساند. استفاده از مزرعه خورشیدی به کاهش آلودگی هوا، گازهای گلخانه‌ای و باران‌های اسیدی کمک می‌کند
- کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی: با استفاده از مزارع خورشیدی می‌توان مصرف سوخت‌های فسیلی مانند نفت، گاز و زغال‌سنگ را کاهش داد
- انتشار صفر: مزارع خورشیدی گازهای گلخانه‌ای یا آلاینده‌های هوا منتشر نمی‌کنند که این امر به کاهش ردپای کربن و کاهش اثرات نامطلوب تغییرات آب‌وهوایی کمک می‌کند
مزایای اقتصادی مزرعه خورشیدی
- ایجاد اشتغال: ساخت و نگهداری مزارع خورشیدی ایجاد شغل می‌کند
- کاهش هزینه‌های برق: در طول مدت هزینه تولید برق از طریق انرژی خورشیدی پایین‌تر از سوخت‌های فسیلی است. این موضوع می‌تواند منجر به کاهش هزینه‌های برق مصرف‌کنندگان شود
- افزایش امنیت انرژی: استفاده از مزارع خورشیدی برای تولید برق به کاهش وابستگی به واردات سوخت‌های فسیلی و افزایش امنیت انرژی کشور کمک می‌کند
- توسعه اقتصادی: احداث مزارع خورشیدی می‌تواند به توسعه اقتصاد منطقه و جذب سرمایه‌گذاری کمک کند
علاوه بر مزایای فوق، احداث مزرعه خورشیدی می‌تواند به تنوع‌بخشی به سبد انرژی کشور، افزایش تاب‌آوری شبکه برق و ارتقای جایگاه ایران در عرصه بین‌المللی به‌عنوان کشوری پیشرو در استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر نیز کمک کند.
احداث مزرعه خورشیدی چه معایبی دارد؟
درست است که احداث مزرعه خورشیدی مزایای قابل‌توجهی دارد، اما معایبی هم وجود دارد که باید قبل از سرمایه‌گذاری در این زمینه به آنها توجه کرد. برخی از مهم‌ترین معایب مزارع خورشیدی عبارت‌اند از:
- هزینه اولیه بالا: احداث مزرعه خورشیدی نیازمند سرمایه‌گذاری اولیه قابل‌توجهی است. هزینه‌های مربوط به خرید و نصب پنل‌های خورشیدی، اینورترها، سیستم‌های ردیابی خورشید، تجهیزات جانبی و همچنین آماده‌سازی زمین و احداث زیرساخت‌ها می‌تواند بالا باشد
- مصرف زمین: احداث مزارع خورشیدی به تعداد زیادی پنل خورشیدی و در نتیجه به مساحت زیادی زمین احتیاج دارد. این موضوع می‌تواند منجر به تغییر کاربری زمین‌های کشاورزی یا طبیعی شده و بر تنوع زیستی و اکوسیستم منطقه تأثیر منفی بگذارد
- اثرات بر حیات‌وحش: احداث مزارع خورشیدی می‌تواند بر زیستگاه طبیعی حیوانات تأثیر بگذارد و مسیرهای مهاجرت آنها را تخریب کند. همچنین انعکاس نور خورشید از پنل‌های خورشیدی می‌تواند حیوانات را گیج کند و به رفتار آنها آسیب بزند
بزرگترین مزرعه خورشیدی در جهان کدام است؟
بزرگترین مزرعه خورشیدی در جهان از نظر ظرفیت تولید، پارک خورشیدی صحرای تنگر (Tengger Desert Solar Park) در چین است. این پارک خورشیدی که در شمال غرب چین واقع شده است، مساحتی حدود ۴۳ کیلومترمربع را پوشش می‌دهد و ظرفیت تولید آن به ۱۵۴۷ مگاوات می‌رسد. برای درک بهتر بزرگی این مزرعه، می‌توان آن را با پارک مرکزی شهر نیویورک مقایسه کرد که مساحتی حدود ۳.۴ کیلومترمربع دارد. یعنی پارک خورشیدی تنگر تقریباً ۱۳ برابر پارک مرکزی نیویورک وسعت دارد.
احداث این مزرعه عظیم در چندین فاز انجام شد و در نهایت در سال ۲۰۲۰ به طور کامل به بهره‌برداری رسید. پارک خورشیدی تنگر از پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک استفاده می‌کند و برق تولید شده در آن به شبکه برق سراسری چین انتقال می‌یابد. در زیر فهرستی از بزرگترین مزارع خورشیدی جهان از نظر ظرفیت تولید ارائه شده است:
- پارک خورشیدی صحرای تنگر (چین) – ۱۵۴۷ مگاوات
- پارک خورشیدی بادلا (هند) – ۱۳۶۵ مگاوات
- پارک خورشیدی سد لانگ‌یانگشیا (چین) – ۸۵۰ مگاوات
- مجتمع خورشیدی کاموتی (هند) – ۶۴۸ مگاوات
- پارک خورشیدی نووا (ایالات متحده آمریکا) – ۵۵۰ مگاوات
کاربرد ژئوگریدها در ساخت مزرعه خورشیدی
ژئوگریدها نوعی مصالح ژئوسنتتیک هستند که از مواد مختلفی مانند پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن و فایبرگلاس ساخته می‌شود. این مصالح به دلیل ساختار شبکه‌ای و مقاومت بالا در برابر کشش، کاربردهای متنوعی در مهندسی عمران و ساخت‌وساز دارند. در ساخت مزارع خورشیدی نیز از ژئوگرید به‌منظور بهبود پایداری و کارایی این تأسیسات استفاده می‌شود.
در بسیاری از موارد، شرایط زیرزمینی خاک نامطلوب است که این یک چالش بزرگ و پرهزینه برای توسعه‌دهندگان و پیمانکاران مزارع خورشیدی که جاده‌های دسترسی، محوطه‌های استراحت یا سکوهایی را می‌سازند که باید از بارهای سنگین و وسایل نقلیه ساختمانی پشتیبانی کنند.
ژئوگریدها می‌توانند برای تثبیت خاک و جلوگیری از فرسایش در زمین‌های شیب‌دار یا ناپایدار که برای احداث مزارع خورشیدی انتخاب می‌شوند، مورداستفاده قرار بگیرند. همچنین ژئوگریدها می‌توانند به بهبود زهکشی آب در زمین‌های مرطوب کمک کنند. این امر به‌ویژه در مناطق با بارندگی زیاد اهمیت دارد، چرا که می‌تواند از تجمع آب در زیر پنل‌های خورشیدی و پوسیدگی آنها جلوگیری کند.
ژئوگریدها همچنین می‌توانند برای تقویت بستر زیرین محل احداث پنل‌های خورشیدی مورداستفاده قرار بگیرند. این امر به‌ویژه در زمین‌هایی که ضعیف هستند یا بارهای سنگینی را تحمل می‌کنند، مانند زمین‌هایی با خاک سست یا باتلاقی، اهمیت دارد.
علاوه بر این ژئوگریدها می‌توانند برای جلوگیری از رشد علف‌های هرز در زیر پنل‌های خورشیدی مورداستفاده قرار بگیرند. علف‌های هرز می‌توانند به پنل‌های خورشیدی آسیب برسانند و راندمان آنها را کاهش دهند. نهایتاً استفاده از ژئوگریدها در ساخت مزرعه خورشیدی می‌تواند به کاهش هزینه‌های ساخت‌وساز کمک کند. این امر به دلیل جایگزینی برخی از مصالح سنتی مانند بتن و سنگ با ژئوگریدها است که می‌تواند هزینه‌های کلی پروژه را به طور قابل‌توجهی کاهش دهد. در صورتی که قصد خرید این محصول را دارید، توصیه میکنیم آن را با بالاترین کیفیت، از فرنام بسپار که برترین تولید کننده ژئوسنتتیک و انواع محصولات آن است، تهیه نمایید.
جمع‌بندی
همان‌طور که متوجه شدید، انرژی خورشیدی یک منبع پاک و تجدیدپذیر است و احداث مزرعه خورشیدی می‌تواند مزایای زیست‌محیطی، اقتصادی و اجتماعی زیادی به همراه داشته باشد. استفاده از ژئوگریدها نیز می‌تواند به افزایش کارایی، طول عمر و پایداری این تأسیسات کمک کند. البته در کنار این مزایا، احداث مزارع خورشیدی معایبی نیز دارد که باید در نظر گرفته شود. با پیشرفت تکنولوژی و توسعه روش‌های نوین، امیدواریم در آینده بتوانیم بر این معایب غلبه و از انرژی خورشیدی به‌صورت گسترده‌تری استفاده کنیم.
