چرا شاهد احداث مزارع خورشیدی در سرزمین یخ زده آلاسکا هستیم؟

نفوذ انرژی خورشیدی به منابع تأمین انرژی جهان به‌حدی افزایش یافته است که امروزه حتی در غیرمنتظره‌ترین نقاط زمین نیز شاهد احداث مزارع خورشیدی عظیم هستیم.

شاید غیرمنتظره‌‌ترین منظره‌‌ی قابل‌‌تصور در ۸۰کیلومتری شمال شهر انکوریج آلاسکا، منطقه‌‌ای که دمای هوا در آن به ۱۸- درجه‌‌ی سانتی‌‌گراد می‌‌رسد، یک مزرعه‌‌ی خورشیدی با پنل‌‌هایی پوشیده از یخ باشد. احداث یک نیروگاه خورشیدی در منطقه‌‌ای که خورشید در ساعت ۹ صبح از پشت کوهستان‌‌های آن بالا می‌‌آید، امری به‌‌ظاهر عجیب و غیرمنطقی است. عجیب‌‌تر آن‌‌که این ساختگاه، بزرگ‌‌ترین و جدیدترین مزرعه‌‌ی خورشیدی احداث‌‌شده در سرتاسر ایالت آلاسکا از ایالات متحده به‌‌شمار می‌‌آید.

در مناطقی از نیم‌‌کره‌‌ی شمالی نظیر آلاسکا، تعداد ساعات روز در طی اکثر اوقات سال بسیار محدود است؛  از این‌‌رو، شاید بهره‌‌برداری از انرژی خورشیدی در مقیاس‌‌های بزرگ چندان منطقی به‌‌نظر نرسد. تقریبا ۸۵ درصد از کل اراضی ایالت آلاسکا را خاک منجمد (پرمافراست) پوشانده است و حتی در جنوبی‌‌ترین نقاط این ایالت نیز شاهد کم‌‌ترین میزان دریافت تابش خورشیدی طی فصل زمستان هستیم. اما مزرعه‌‌ی خورشیدی واقع در منطقه‌ی ویلو ثابت کرده است که حتی در شرایط آب‌‌وهوایی نامساعد و فوق‌‌العاده سرد مناطق شمالی نیز می‌‌توان روی انرژی خورشیدی حساب باز کرد.

مزرعه‌‌ی خورشیدی ویلو در فاصله‌‌ی چند صد کیلومتری جنوب مدار شمالگان احداث شده است. در این منطقه، طول روزهای زمستان تنها به ۶ ساعت می‌‌رسد. شرکت Renewable IPP در ژانویه‌‌ی گذشته این نیروگاه دو هکتاری را وارد مدار کرد. برآوردها نشان می‌‌دهد که خروجی انرژی الکتریکی  این واحد به ۱/۳۵ مگاوات‌‌ساعت در سال خواهد رسید که برای تأمین انرژی موردنیاز حدود ۱۲۰ خانوار در تمامی سال کافی خواهد بود. مزرعه‌‌ی خورشیدی یادشده از ۱۱ ردیف پنل خورشیدی تشکیل شده است که از این میان، ۹ ردیف ظرفیتی معادل با ۱۳۳ و دو ردیف دیگر ظرفیتی ۷۰ کیلوواتی دارند.

^{با پیشرفت فناوری‌های انرژی خورشیدی و کاهش هزینه‌‌ی تولید پنل‌‌ها، احداث مزارع خورشیدی در مناطق مجاور با مدار شمالگان نیز توجیه اقتصادی یافته است.}

نمود ظاهری روند تغییرات اقلیمی در شمالگان و مناطق اطراف آن بسیار شدیدتر از سایر نقاط جهان بوده است و این موضوع لزوم کاهش مصرف سوخت‌‌های فسیلی و  تسریع توسعه‌‌ی راهکارهای میتنی‌‌بر انرژی‌‌های تجدیدپذیر را نشان می‌‌دهد. پیش‌‌تر، چهار تن از شرکای تجاری شرکت Renewable IPP طی همکاری در صنایع نفتی آلاسکا با یکدیگر ملاقاتی ترتیب دادند و طی این جلسه، همگی تمایل خود را برای آغاز همکاری در پروژه‌‌های تجدیدپذیر ابراز کردند. در این میان، تنها برخی از این شرکا پیش‌‌تر سابقه‌‌ی فعالیت در پروژه‌‌های خورشیدی (آن هم از نوع خانگی) را داشتند. این افراد پس از راه‌‌اندازی موفقیت‌‌آمیز چند واحد خانگی از انرژی خورشیدی برای خانه‌های خود تصمیم گرفتند راهی برای توسعه‌‌ی انرژی خورشیدی در سرتاسر ایالت الاسکا باز کنند.

جن میلر، مدیر اجرایی Renewable IPP در این‌‌باره می‌‌گوید:

ما تصمیم گرفتیم یک پروژه‌ی خورشیدی در مقیاس شبکه اجرا کنیم؛ چراکه احساس کردیم این اقدام بیش‌ترین تأثیر را به‌جای خواهد گذاشت. ما دست‌به‌کار شدیم، پایه‌ها را در زمین فرو کردیم و استراکچرها را ساختیم. این حرکت بسیار خوب بود، چراکه ما توانستیم چیزهای زیادی از ان بیاموزیم. ما توانستیم مشکلات احتمالی طراحی را درک کنیم و تغییرات لازم را برای ایجاد پربازده‌ترین مدل ممکن اعمال کنیم.

ازآنجاکه در پروژه‌ی پایلوت فعلی دو ردیف ۷۰ کیلوواتی به‌چشم می‌خورد؛ می‌توان پیش‌بینی کرد که در آینده قرار است ابعاد این مزرعه تا مقیاس‌های بسیار برزگی ارتقا یابد.کریس کولبرت، مدیر مالی شرکت می‌گوید اولین ردیف‌ها در تابستان ۲۰۱۸ نصب شدند و پس از هشت ماه، هزینه‌ها به نقطه‌هدف پیش‌بینی‌شده رسیدند. او می‌افزاید: «ما میزان تولید را در کل سال رصد کردیم که آن هم مطابق برنامه پیش رفت. این داده‌ها باعث شد آن‌ها راحت‌تر بتوانند توجه سرمایه‌گذاران را برای جذب سرمایه‌ی بیشتر و توسعه‌ی ابعاد پروژه جلب کنند. میلر می‌گوید:

بقای صنعت خورشیدی وابسته‌به دو چیز است: منابع خورشیدی و قیمت برق. قیمت برق در آلاسکا تقریبا دوبرابر میانگین آن در سرتاسر ایالات متحده است و این موضوع باعث شده اشتیاق فراوانی نسبت‌‌به فناوری‌‌های انرژی جایگزین در این ایالت شکل بگیرد. نکته‌‌ی شگفت‌‌انگیز اینکه به‌‌صورت میانگین، آلاسکا یک ایالت آفتابی به‌‌شمار می‌‌آید.

^{قیمت بالای برق در آلاسکا باعث شده که گرایش به استفاده از انرژی خورشیدی در این ایالت سیر صعودی پیدا کند.}

ممکن است مزرعه‌‌ی خورشیدی احداث‌‌شده توسط Renewable IPP بزرگ‌‌ترین مزرعه در منطقه‌‌ی خود باشد؛ اما شمالی‌‌ترین مزرعه واقع‌‌در آلاسکا نیست. مزرعه‌‌خورشیدی GVEA متعلق‌‌به Fairbanks که وسعتی بالغ‌‌بر ۱/۲ هکتار دارد، در ۳۲۰ کیلومتری جنوب مدار شمالگان احداث شده است. با اینکه نمونه‌‌هایی از مزارع خورشیدی کوچک‌‌تر در نقاط شمالی‌‌تر به‌‌چشم می‌‌خورند؛ اما مزرعه‌‌ی GVEA همچنان یکی از بزرگ‌‌ترین واحدهای واقع ‌‌در این عرض جغرافیایی است.

احداث مزرعه‌‌ی خورشیدی GVEA در سال ۲۰۱۸ و در پی دو سال تحقیقات مستمر کلید خورد. زمین این ساختگاه تحت مالکیت خصوصی بوده و در مجاورت یکی از پست‌‌های برق واقع شده است. این نیروگاه در اکتبر ۲۰۱۸ وارد مدار شد و میزان انرژی الکتریکی معادل با میانگین مصرف حدود ۷۰ خانوار را تأمین می‌کند.

یکی دیگر از جنبه‌‌های جذاب سرمایه‌‌گذاری در نیروگاه‌‌های خورشیدی، هزینه‌‌های راه‌‌اندازی بسیار اندک آن در مقایسه‌‌با سایر انواع نیروگاه‌‌ها است. با این حال، نیروگاه‌‌های خورشیدی واقع در مناطق شمالی با چالشی دست‌‌وچنجه نرم می‌‌کنند که رقیبان آن‌‌ها در جنوب با آن مواجه نیستند. در مناطقی مانند ویلو از آلاسکا سالیانه به‌طور میانگین ۲/۲ متر برف می‌‌بارد. این بدان معنا است که درصورت عدم رسیدگی، احتمالا پنل‌‌های خورشیدی در تمام طول زمستان زیر لایه‌‌ای ضخیم از برف مدفون خواهند ماند. میلر می‌‌گوید:

ما باید نیروهایی را برای پاک‌‌سازی برف از روی پنل‌‌ها استخدام کنیم. اما در ماه‌‌هایی نظیر دسامبر که هوا واقعا تاریک است، ما اجازه می‌‌دهیم که برف رو هم انباشته شود؛ چراکه میزان نور دردسترس در طول روز برای انجام پاک‌‌سازی صرفه ندارد. ولی با فرارسیدن بهار، تعداد ساعات آفتابی نیز بیش‌‌تر می‌‌شود و ما به‌‌دفعات بیش‌‌تری برای پاک‌‌سازی پنل‌‌ها اقدام می‌‌کنیم.

درمورد مزرعه‌‌ی خورشیدی GVEA نیز اوضاع به همین منوال است. پنل‌‌ها در طول ماه‌‌های کم‌‌بازده زمستان به‌‌حال خود رها می‌‌شوند و از حوالی ماه فوریه، تمیزکاری پنل‌‌ها دوباره از سر گرفته می‌‌شود.

یکی  دیگر از راهکارهای پیش‌‌رو، محاسبه‌‌ی زاویه‌‌ی بهینه‌‌ی پنل‌‌ها نسبت‌‌به افق باهدف تسهیل پاک‌‌سازی برف انباشته روی پنل‌‌ها است. اگر پنل‌‌ها با شیب بیش‌‌تری نصب شوند، برف راحت‌‌تر از روی سطح آن به پایین سُر می‌‌خورد. به‌‌عقیده‌‌ی میلر، زاویه‌‌ی نصب ۴۵ درجه می‌‌تواند هم از لحاظ میزان تولید و هم از جنبه‌‌ی شیب کافی برای جلوگیری از انباشته‌‌شدن برف بهینه باشد.

بازتاب نور از سطح برفی زمین کمک شایانی به افزایش تولید انرژی خورشیدی می‌‌کند

همچنین شرکت Renewable در قالب برنامه‌‌ی فناوری خورشیدی مرکز انرژی و توان آلاسکا، همکاری مشترکی را با دانشگاه آلاسکا آغاز کرده است تا نوعی پوشش شفاف برای افزایش لغزندگی سطح پنل را آزمایش کند. میلر می‌‌گوید امسال میزان بارش برف به‌‌‌‌اندازه‌‌ای نبود که بتوان کارکرد این پوشش جدید را به‌‌درستی محک زد. با این حال، وی ابراز امیدواری کرد که کاربرد پوشش جدید درنهایت بتواند هزینه‌‌های نگه‌داری از تأسیسات خورشیدی را کاهش دهد.

^{بازدهی و توجیه اقتصادی پنل‌‌های خورشیدی نسبت‌‌به زمان ظهور این فناوری با افزایش چشمگیری مواجه شده است.}

یکی دیگر از چالش‌‌های پیش‌‌رو در کاربرد انرژی خورشیدی در مناطق شمالی، نه میزان انرژی قابل‌‌استحصال از آن؛ بلکه زمان دسترسی به آن است. همانند بسیاری دیگر از نقاط جهان، پیک مصرف انرژی در مناطق شمالی با پیک تولید انرژی خورشیدی منطبق نیست. تام دیلانگ، رئیس هیئت مدیره‌‌ی پروژه‌‌ی GVEA می‌‌گوید:

در آلاسکا، ما از سیستم‌‌های تهویه‌‌ی مطبوع در خانه‌‌های خود استفاده نمی‌‌کنیم. بنابراین در ماه‌‌های تابستان که تولید انرژی به بیشینه‌‌ی خود می‌‌رسد، قیمت هر کیلووات‌‌ساعت انرژی در پایین‌‌ترین مقدار ممکن است. ازسوی دیگر، در ماه دسامبر که مردم انرژی بیش‌‌تری را برای گرمایش مصرف می‌‌کنند، ما تقریبا شاهد هیچ تولیدی ازسوی پنل‌‌ها نیستیم.

کاهش میزان تولید زمستانی مزرعه‌‌ی خورشیدی Renewable تا آستانه‌‌ی ۳۰ کیلووات‌‌ساعت (و صفرشدن کل تولید در هنگام بارش برف) خود گواهی برای شدت افت راندمان تولید چنین نیروگاه‌‌هایی در طول فصل زمستان است. در روی دیگر سکه، شاهد افزایش طول روزهای تابستان تا ۱۸ ساعت هستیم که نوید تولید ۸۰۰۰ کیلووات‌‌ساعت انرژی در هر روز را می‌‌دهد. سم دنیس، مدیر بهره‌‌برداری شرکت Renewable در این رابطه می‌‌گوید:

ما تنها در یک روز از ماه ژوئن به‌‌اندازه‌‌ی کل ماه دسامبر انرژی تولید می‌‌کنیم.

طی بهار، بازتاب نور از سطح برف روی زمین کمک شایانی به افزایش تولید انرژی خورشیدی می‌‌کند. دنیس می‌‌افزاید: «در ماه‌‌های اول بهر، ما مقادیر بالایی نور بازتابی از سطح برف داریم. این به افزایش خروجی کمک می‌‌‌‌کند. سال گذشته در ماه مارس در بهترین روز خروجی معادل ۸۰۰ کیلووات داشتیم.»

باوجود محدودیت تولید در ماه‌‌های زمستان، انرژی خورشیدی همچنان به‌‌عنوان یکی از راهکارهای کاهش انتشار کربن در نواحی شمالی مطرح است. اخیرا به‌‌دلیل آثار شدید ناشی از تغییرات اقلیمی در این نواحی، یافتن راهکارهای بومی به‌‌شدت موردتوجه قرار گرفته است. شیلا رگاف، کارشناس مسائل مرتبط‌‌با تغییرات اقلیمی کانزرویشن اینترنشنال می‌‌گوید:

مناطق قطبی اغلب در حال تجربه‌‌ی گرمایشی بالاتر از میزان میانگین جهانی هستند. انرژی خورشیدی می‌‌تواند به کاهش وابستگی ما به سوخت‌‌های فسیلی کمک کند. این سیستم‌‌های می‌‌توانند به‌‌صورت آفگرید، آنگرید یا ترکیبی پیاده‌‌سازی شوند.

^{با افت سریع هزینه‌‌ی تولید پنل‌‌های خورشیدی طی ده‌‌های اخیر، دسترسی‌‌پذیری به این انرژی پاک در بیش‌‌تر مناطق جهان بهتر شده است.}

با اینکه انرژی تولیدشده توسط مزارع خورشیدی کاملا تجدیدپذیر به‌‌شمار می‌‌آید، اما هنوز احداث چنین ساختگاه‌‌هایی با تولید مقادیری کربن همراه خواهد بود. میلر و رگاف می‌‌گویند باوجود برخی نگرانی‌‌ها درمورد اثرات کربنی ناشی‌‌از احداث مزارع خورشیدی، همچنان کفه‌‌ی منافع حاصل از این ساختگاه‌‌ها نسبت‌‌به اثرات کربنی منفی آن سنگینی می‌‌کند. به‌‌عقیده‌‌ی میلر:

مزرعه‌‌ی خورشیدی ما طی مدت سه تا پنج سال، هزینه‌‌های مربوط به اثرات کربنی بخش تولید، ساخت‌‌وساز و نیز جنگل‌‌زدایی مکان احداث ساختگاه را بازپرداخت خواهد کرد. این در حالی است که یک مزرعه‌‌ی خورشیدی عمر مفیدی حدود ۳۰ سال دارد.

رگاف می‌‌افزاید: «درنظر گرفتن کل انرژی مصرفی و انتشار کربن در چرخه‌‌ی زندگی محصول اهمیت زیادی دارد. بسیاری از مطالعات که به ارزیابی انرژی خورشیدی و بادی در قیاس با زغال‌‌سنگ و سایر سوخت‌‌های فسیلی پرداخته‌‌اند، این‌‌گونه استدلال کرده‌‌اند که انرژی تجدیدپذیر به‌‌طرز قابل‌‌توجهی اثرات کربنی مطلوب‌‌تری دارد.»

کاهش هزینه‌‌های بخش انرژی خورشیدی می‌‌تواند به‌‌عنوان یک مشوق عمل کند. درحالی‌که تولید انرژی خورشیدی پرهزینه است، اما هزینه‌‌ها به‌‌آرامی کاهش یافته‌‌اند و این روند همچنان ادامه دارد. در مجموع، هزینه‌‌ی پنل‌‌های فتوولتائیک طی ۴۰ سال گذشته پیوسته کاهش یافته است. حتی از زمان نصب اولین پنل‌‌های ویلو نیز قیمت‌‌ها افت کرده است. میلر می‌‌گوید: «پنل‌‌های پروژه‌‌ی پایلوت ما ۳۴۰ وات توان دارند. اما پنل‌‌های جدید ۳۷۰ واتی هستند و حتی ۱۰ درصد ارزان‌‌تر از پنل‌‌های پایلوت تمام می‌‌شوند و تازه تنها یک سال زمان گذشته است.» او پیش‌‌بینی می‌‌کند که با اقتصادی‌‌تر شدن انرژی خورشیدی، هزینه‌‌ی پروژه‌‌های آتی همچنان کاهش یابد.

میلر می‌‌گوید استفاده از انرژی خورشیدی در آلاسکا در حال رشد است. بنابر داده‌های کارزار سولارایز انکوریج آلاسکا، در سال ۲۰۱۸ تنها ۳۳ خانوار از سامانه‌های خورشیدی برخوردار بودند؛ درحالی‌که این آمار در سال ۲۰۱۹ به ۱۶۳ خانوار رسیده است. با سقوط هزینه‌های مربوط به تجهیزات خورشیدی، هم‌اکنون انرژی خورشیدی در جهان نسبت‌به سوخت‌های فسیلی نظیر زغال‌سنگ ارزان‌تر شده است. به‌عقیده‌ی کولبرت، این بدان معنا است که ما گزینه‌ای در اختیار داریم که نه‌تنها از اثرات زیست‌محیطی مثبت برخوردار است؛ بلکه رقابتی بوده و  اثرات اقتتصادی مثبتی به‌همراه دارد.

^{زاویه‌‌ی نصب ۴۵ درجه برای پنل‌ها ئر آلاسکا می‌‌تواند هم از لحاظ میزان تولید و هم از جنبه‌‌ی شیب کافی برای جلوگیری از انباشته‌‌شدن برف بهینه باشد.}

تیم Renewable تصمیم دارد فعالیت خود را طی سالیان آتی گسترش دهد و هم‌اکنون به‌دنبال سایت‌های دیگری برای احداث پروژه‌های بعدی خود هستند. پیش‌بینی می‌شود این پروژه‌ها در فضایی به‌وسعت ۲۰ الی ۴۰ هکتار اجرا شوند و هریک به‌تنهایی می‌تواند انرژی موردنیاز ۱۰۰۰ خانوار را تأمین کنند.

چشم‌انداز بهره‌گیری از انرژی خورشیدی در مناطق پوشیده از یخ و برف شمالی خود حاکی از عمق نفوذ سیاست‌های مبتنی‌بر انرژی‌های تجدیدپذیر در مناطق دوردست جهان است. فراموش نکنیم که تا چند دهه‌ی پیش، فناوری فتوولتائیک تنها در حد چند تجهیز بسیار گران‌قیمت آزمایشگاهی بود؛ اما حالا توانسته تا سقف خانه‌های واقع در سرزمین‌های پوشیده از یخ آلاسکا نفوذ کند. واضح‌ترین پیام چنین تحولاتی آن است که از سال‌ها پیش و در غفلت بسیاری از ما، انقلاب انرژی‌های نو در جهان آغاز شده است.