تُعد الطاقة من أكبر تكاليف التشغيل في كثير من المصانع. ويدفع ارتفاع التعرفة ورسوم ذروة الطلب وضغوط العملاء لخفض الانبعاثات مزيدًا من ملاك المصانع إلى التفكير في الطاقة الشمسية في مواقعهم.
الطاقة الشمسية تقنية ناضجة، ومعداتها متوفرة على نطاق واسع. والفرق بين مشروع شمسي جيد وآخر ضعيف يكمن عادةً في التخطيط. ويشرح هذا المقال كيف تعمل الأنظمة الشمسية في الموقع للقطاع الصناعي وكيفية التخطيط لها خطوة بخطوة.
لماذا تُعد الأنظمة الشمسية في الموقع خيارًا منطقيًا للصناعة
تتميز المصانع بعدة خصائص تجعلها مناسبة للطاقة الشمسية:
- مساحات أسطح كبيرة على صالات الإنتاج والمستودعات، إضافة إلى مواقف السيارات والأراضي غير المستغلة.
- استهلاك مرتفع للكهرباء نهارًا، يتزامن مع ساعات إنتاج الألواح الشمسية للطاقة.
- ملكية طويلة الأمد للموقع أو عقود إيجار طويلة، بما يتيح استرداد تكلفة النظام على سنوات عديدة.
- الحاجة إلى تكاليف طاقة يمكن التنبؤ بها لدعم التسعير وإعداد الميزانيات.
في المملكة العربية السعودية والشرق الأوسط عمومًا، يمنح الإشعاع الشمسي القوي على مدار معظم العام الطاقة الشمسية ميزة طبيعية. أما الحرارة والغبار فلهما تحدياتهما الخاصة، ويمكن التعامل معها بالتصميم والصيانة الجيدين.
الخطوة الأولى: فهم استهلاكك للطاقة
قبل اختيار الألواح أو العواكس، ادرس بعناية كيفية استهلاك المصنع للكهرباء. واجمع فواتير الكهرباء لاثني عشر شهرًا على الأقل، وإن أمكن، بيانات القراءات الدورية من العداد الرئيسي. ويُظهر ذلك الحمل الأساسي، ومنحنى الاستهلاك نهارًا وليلًا، والذروات الناتجة عن المحركات الكبيرة أو الأفران، والتغيرات الموسمية مثل أحمال التبريد صيفًا.
يحدد هذا التحليل الحجم المناسب للنظام. وعادةً ما يكون النظام المصمم لتغطية الحمل الأساسي النهاري هو الأكثر جدوى اقتصاديًا، لأن معظم الطاقة الشمسية تُستهلك مباشرة في المصنع. ولا يكون تكبير حجم النظام مجديًا إلا حيث يُسمح بتصدير الطاقة إلى الشبكة مقابل عائد، أو حيث تكون البطاريات جزءًا من الخطة.
ومن المفيد أيضًا مراعاة التغييرات المخطط لها في المصنع. فإضافة خط إنتاج جديد أو توسعة أو التحول من معدات تعمل بالوقود إلى معدات كهربائية سيغيّر منحنى الأحمال، وينبغي تصميم النظام الشمسي مع أخذ هذه الخطط في الاعتبار.
الخطوة الثانية: تقييم الموقع
بعد ذلك، حدد أين يمكن تركيب الألواح وكيف ستُربط بالمصنع.
- حالة السطح وهيكله: هل يتحمل الحمل الإضافي، وكم سنة تبقى من عمره؟
- الاتجاه وزاوية الميل والتظليل من المباني أو المداخن أو المعدات المجاورة.
- خيارات التركيب الأرضي أو مظلات المواقف إذا كانت مساحة الأسطح محدودة.
- الغبار والرمال والانبعاثات المسببة للتآكل من العملية الإنتاجية، والتي تؤثر في التنظيف واختيار المواد.
- المسافة إلى لوحة التوزيع الرئيسية وقدرة النظام الكهربائي القائم.
الخطوة الثالثة: اختيار تصميم النظام
معظم أنظمة المصانع متصلة بالشبكة. إذ تغذي المحطة الشمسية الشبكة الداخلية للمصنع، وتوفر الشبكة العامة ما لا تغطيه الطاقة الشمسية. وحيث تكون الشبكة ضعيفة أو تُستخدم مولدات الديزل، يمكن لنظام هجين أن يجمع بين الطاقة الشمسية والمولدات والبطاريات لخفض استهلاك الوقود.
تشمل خيارات التصميم الرئيسية نوع الألواح وتكوين العواكس ونظام التثبيت والمراقبة. وفي المناخات الحارة، تساعد الألواح ذات معامل الحرارة الجيد والعواكس المصممة لدرجات الحرارة المحيطة العالية على الحفاظ على استقرار الإنتاج. ويسهّل نظام المراقبة الذي يتابع الإنتاج لحظيًا اكتشاف الأعطال والألواح المتسخة مبكرًا.
يمكن للطاقة الشمسية أيضًا توفير الحرارة. فالمجمعات الشمسية الحرارية يمكنها تسخين مياه العمليات أو مياه تغذية الغلايات مسبقًا، مما يقلل استهلاك الوقود حيث تكون هناك حاجة إلى البخار أو الماء الساخن.
الخطوة الرابعة: التراخيص والتمويل والتنفيذ
تختلف قواعد الربط بالشبكة والتراخيص وأي ترتيبات للتصدير باختلاف الدولة وشركة الكهرباء، لذا تحقق منها مبكرًا مع الجهة المحلية المختصة. وفي المملكة العربية السعودية، تحدد تنظيمات أنظمة الطاقة الشمسية الصغيرة والمتوسطة كيفية ربط الأنظمة المركبة في الموقع بالشبكة.
يمكن أن يكون التمويل بالشراء المباشر، أو بالتأجير، أو باتفاقية شراء طاقة يمتلك فيها طرف ثالث النظام ويبيع الكهرباء للمصنع. ويحقق الشراء المباشر أعلى وفورات على المدى الطويل، بينما تقلل النماذج الأخرى التكلفة الأولية أو تلغيها.
أثناء التنفيذ، خطط للتركيب بما يتوافق مع الإنتاج. فأعمال الربط الكهربائي تتطلب عادةً توقفًا قصيرًا، يمكن جدولته خلال فترة صيانة مخطط لها.
اختر المركّبين والموردين بعناية. واطلب مراجع من مشاريع صناعية مماثلة، وضمانات واضحة على الألواح والعواكس، وتقرير تشغيل تجريبي يؤكد أن النظام يعمل وفق التصميم قبل القبول النهائي.
التشغيل والصيانة
لا تحتاج المحطة الشمسية إلى اهتمام كبير، لكنها تحتاج إلى قدر منه. فالتنظيف المنتظم للألواح ضروري في المناطق المغبرة. وتحتاج العواكس إلى فحوصات دورية، وينبغي فحص التوصيلات للتأكد من خلوها من أضرار الحرارة. كما ينبغي مراجعة بيانات المراقبة لمعالجة أي انخفاض في الإنتاج بسرعة.
يصلح النهج المرحلي أيضًا للطاقة الشمسية: ابدأ بالأسطح الأسهل استخدامًا، ثم أضف القدرة أو أنظمة التخزين بحسب ما تسمح به الميزانية ومع إثبات النظام الأول لقيمته.
نفذت ويفي سولوشنز مشاريع للطاقة الشمسية، ويمكنها مساعدة المصانع في تقييم مواقعها وتصميم النظام المناسب وتوريد معدات أوروبية موثوقة.