توسعه تکنولوژی صنعتی

رشد روز افزون نیاز به انرژی و پایان پذیری سوخت های فسیلی از یک سو و افزایش آلودگی های زیست محیطی از سوی دیگر، محرکی شده است که محققان و سرمایه گذاران در بخش انرژی، به سمت مهار و تامین انرژی از منابع تجدیدپذیر جذب شوند. با توجه به پتانسیل بالای تابش در مناطق وسیعی از کشور ایران اسلامی، از میان این منابع، انرژی خورشیدی دارای جذابیت بیشتری است. در یک طبقه بندی ساده، فناوری های تولید الکتریسیته از خورشید به سه دسته فتوولتائیک، متمرکزکننده گرمایش خورشیدی و فناوری های نوظهور، شامل حوضچه ها و تنوره خورشیدی تقسیم می شوند. در میان این سه دسته، فناوری فتوولتائیک که بر اساس تبدیل نور خورشید به الکتریسیته عمل می کند، بیشترین رشد را داشته و امروز کشورهای زیادی از آن در قالب متصل به شبکه و مستقل از شبکه استفاده می کنند. در میان دو دسته دیگر نیز فناوری گرمایش خورشیدی، به ویژه روش سهموی خطی گسترش بیشتری یافته است. همچنین، تحلیل آماری بزرگ ترین نیروگاه های احداث شده با فناوری های فتوولتائیک و گرمایشی نشان از برتری چشم گیر فناوری فتوولتائیک از بُعد هزینه احداث و سطح زمین اشغال شده، و نیز انعطاف پذیری نصب و راه اندازی در میان انواع فناوری های خورشیدی دارد.

پایان پذیری منابع انرژی فسیلی و اثر نامطلوب آن ها بر تغییرات آب و هوایی سبب شده است تا رویکرد جایگزینی این سوخت ها با منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر به سرعت در سطح جهان گسترش یابد. کشور ایران نیز به دلیل موقعیت جغرافیایی مناسب و پتانسیل بالای تابش خورشید، از فرصت ایده آلی برای توسعه صنعت انرژی خورشیدی، بویژه سامانه های فتوولتائیک برخوردار است. سلول و مدول فتولتائیک، مهمترین و پرهزینه ترین اقلام سامانه های فتوولتائیک محسوب می شوند که باید از طریق سازندگان خارجی و یا داخلی تأمین شوند. اطمینان از کیفیت این محصولات برای دستیابی به بازدهی و طول عمر بالای سامانه های فتوولتائیک ضروری است. آزمایشگاه مرجع سلول و مدول فتوولتائیک، به عنوان یک نهاد مسوول در این امر، علاوه بر تضمین کیفیت محصولات و خطوط تولید، می تواند به تحقیق و توسعه این فناوری نیز کمک کند. این مقاله با توجه به انجام این سه وظیفه، بر امکان سنجی و طراحی مفهومی آزمایشگاه مرجع سلول و مدول فتوولتائیک متمرکز شده است. در این تحقیق به فهرست و رویه انجام آزمون های استاندارد، تجهیزات و استانداردهای مرتبط، نحوه تأمین خارجی و داخلی تجهیزات آزمایشگاهی، پیشنهاد ساختار سازمانی، برآورد فضای آزمایشگاهی و در نهایت برآورد زمان و هزینه تأسیس و راه اندازی آزمایشگاه اشاره شده است.

اولین گام برای گسترش و ساخت نیروگاه های فتوولتائیک در کشور اخذ مجوز از سازمان های مربوطه است. این مجوزها شامل بررسی مطالعات امکانسنجی فنی و اقتصادی ساخت نیروگاه از سازمان انرژی های نو ایران و مجوز اتصال به شبکه آن از توانیر است. هدف این مقاله انجام مطالعات امکانسنجی فنی احداث نیروگاه فتوولتائیک با ظرفیت 1.5 مگاوات در شهر یزد قابل ارائه به سانا برای اخذ مجوز، است. در این مقاله ابتدا شرایط اقلیمی و تابش محل احداث نیروگاه مورد بررسی قرار گرفت. سپس ماژول و اینورتر مناسب انتخاب شده و با استفاده از نرم افزار sunny design که مورد تأیید سانا است مطالعات فنی نیروگاه صورت پذیرفت. در این بررسی آرایش بهینه پنل ها و کمینه کردن اثر سایه اندازی پنل ها روی یکدیگر با استفاده از نرم افزار PVSyst انجام شد. نتایج حاکی از استفاده از 3عدد اینورتر 500 کیلوواتی، پنل های 250 واتی به صورت عمودی دو ردیفه، فاصله ردیف های 5.23 متر جهت استحصال توان خروجی بهینه از نیروگاه در منطقه مورد نظر بود. در نهایت نیز ،گزارش شبیه سازی های انجام شده توسط نرم افزارهای PVSyst و Sunny Design ارائه شده است.

انرژی خورشید از مهم ترین انواع انرژی های نو و تجدیدپذیر است که چنانچه جایگزین سوخت های فسیلی شود، می تواند به نگرانی های موجود درباره پایان پذیری و نیز آلودگی های زیست محیطی ناشی از حامل های انرژی فسیلی و نوسان قیمت ها و بحران های انرژی خاتمه دهد. به علاوه در عصر اقتصادهای دانش بنیان موفقیت دولت ها  و توسعه کشورها در گرو بهره گیری و جذب دانش و فناوری روز است. بنابراین در این مقاله با توجه به الگوی SWOT، که روشی منطقی، عینی و سامانمند برای اتخاذ تصمیمات بزرگ است، راهبردهایی ملی برای احداث نیروگاه خورشیدی، که از فناوری های نوین و موثر در توسعه پایدار جوامع است، تدوین شده است. پس از شناسایی و طبقه بندی عوامل موثر اقتصادی، سیاسی، امنیتی و حاکمیتی، اجتماعی و فرهنگی، علمی و فناوری و زیست محیطی، ضعف یا قوت و فرصت یا تهدید بودن هریک مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده حداکثری از ظرفیت دانشگاه ها و مراکز پژوهشی داخل کشور، بومی سازی اغلب تجهیزات نیروگاه خورشیدی و واگذاری خدمات به بخش خصوصی در عرصه های مختلف از اهم راهبرد های پیشنهاد شده است.

انتشار بی رویه گازهای گلخانه ای و پدیده گرمایش زمین در چند دهه اخیر سبب اثرات نامطلوب بر تغییرات آب و هوا شده است. بخش برق و نیروگاه ها با حدود 5/37 درصد از انتشار کربن، یکی از مهم ترین منابع انتشار گازهای گلخانه ای در سطح جهان است که عمدتا منشا فسیلی دارد. این درحالی است که نصب هر kW 100 برق نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک می تواند سالانه از انتشار 100 تا 140 تن CO 2 جلوگیری کند. «مکانیزم توسعه پاک (CDM)»یکی از سازوکارهای پروتکل کیوتو است که با هدف مشارکت کشورهای در حال توسعه در جهت کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در سه مرحله تصویب ایده پروژه، ثبت پروژه و صدور گواهی کاهش انتشار اجرا می شود. مهم ترین سند این سه مرحله، سند طراحی پروژه است که شامل ابعاد فنی، اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی طرح می شود. بیش از 67% طرح های CDM را طرح های انرژی تجدیدپذیر تشکیل می دهد که حدود 5% آن مربوط به فناوری خورشیدی (عمدتا فتوولتائیک) است. تحلیل های آماری روی پروژه های فتوولتائیک مقیاس بزرگ (بالای 10 مگاوات) نشان می دهد که ظرفیت کاهش انتشار این فناوری به طور متوسط tCO2/MW 1369 است. به علاوه، درآمد حاصل از فروش گواهی کاهش انتشار این نیروگاه ها می تواند بیش از 70% هزینه تعمیر و نگهداری سالانه نیروگاه را تامین می کند.

قرارداد طراحی، تهیه تجهیزات و ساخت(EPC)، یکی از انواع قراردادهای رایج در دنیای امروز است به خصوص هنگامی که بخش دولتی بخواهد از تخصص پیمانکاران خصوصی داخلی و خارجی در طراحی و ساخت پروژه های زیربنایی استفاده کند. در این مقاله، ابتدا به بررسی انواع قراردادهای EPC و بیان ویژگی های هریک پرداخته شده است و لزوم دقت در انتخاب مدل مناسب EPC مورد تاکید قرار گرفته است؛ زیرا نوع مدل انتخابی در شرح وظایف، میزان خطر و مسئولیت طرفین و در نهایت قیمت پیشنهادی از سوی پیمانکاران و میزان نظارت کارفرمایی بر روی عملکرد پیمانکار بسیار تاثیرگذار است. سپس برای هر مدل معیارهایی تعریف شده که کارفرما با دادن امتیاز به هر معیار می تواند مدل مناسب خود را با توجه به راهبردها و سیاست های کلان خود برگزیند. در نهایت نیز این معیارها برای پروژه احداث نیروگاه خورشیدی با نظر خبرگان و متخصصان امتیازدهی شده و مناسب ترین مدل P.EPC پیشنهاد شده است.

انرژی خورشیدی فراوان ترین منبع انرژی تجدیدپذیر دنیاست اما روند توسعه فن آوری های تولید الکتریسیته از این منبع گسترده به نسبت کند بوده است. ویژگی هایی مانند امکان بهره برداری درگستره وسیعی از نقاط کره زمین، سازگاری با محیط زیست، قابلیت تولید در محل مصرف، امکان تامین در نقاط دور افتاده و همچنین طول عمر و قابلیت اعتماد بالا، سهولت در نصب، راه اندازی و بهره برداری تجهیزات مرتبط با آن منجر به هدف گذاری چشمگیر کشورها در این زمینه شده و احتمال جهشی قابل توجه در آینده صنایع و فناوری های برق خورشیدی را افزایش داده است. با توجه به چشم انداز برق خورشیدی سایر کشورها و رشد سرمایه گذاری جهانی در زمینه انرژی های تجدیدپذیر، تعیین برنامه ها و اولویت های ملی و تدوین اسناد مربوطه مانند سند نقشه راه برق خورشیدی برای کشور اجتناب ناپذیر است. لذا در این مقاله با توجه به ضرورت موجود، ابتدا مبانی نظری نقشه راه فناوری، انواع فناوری ها و نیروگاه های تولید برق از انرژی خورشید معرفی شده است. سپس وضع موجود این صنعت و اسناد بالادستی حوزه انرژی های تجدیدپذیر تشریح می شود. در ادامه پیش ران ها، سناریوهای جهانی و آینده های بدیل صنعت برق خورشیدی بیان شده و در انتها نیز یک چارچوب مناسب جهت تدوین سند نقشه راه نیروگاه خورشیدی در ایران همراه با موضوعات کلیدی مرتبط با آن پیشنهاد می گردد.

توجه جامعه جهانی به منابع انرژی تجدیدپذیر، به ویژه انرژی خورشیدیروند غالب در قرن حاضر خواهد بود و در این مسیر، سامانه های فتوولتائیک یکی از پرکاربرد ترین و مقبول ترین نوع استفاده از انرژی خورشیدی محسوب می شود و در ایران نیز پروژه های مختلف تحقیقاتی- اجرایی در زمینه احداث نیروگاه های فتوولتائیک تعریف شده است. از جمله الزامات اصلی توسعه صنعت بومی احداث نیروگاه های فتوولتائیک در هر کشور، تدوین استانداردهای ملی است. در طول سال های گذشته اقدامات متعددی در این زمینه صورت گرفته است که البته، اغلب آنها به حوزه ی طراحی و ساخت انواع سلول های فتوولتائیک مربوط می گردد و در حوزه ی نیروگاهی فعالیت ها بسیار کم بوده است. در این راستا، جهاد دانشگاهی صنعتی شریف به عنوان نخستین حرکت ملی، تدوین استانداردهای ملی انرژی خورشیدی با محوریت نیروگاه خورشیدی را بر اساس استانداردهای معتبر بین المللی در دستور کار خود قرار داد. بخش اول این مقاله به گردآوری و پردازش استانداردهای معتبر بین المللی در زمینه فتوولتائیک و بخش دوم آن به اولویت بندی و انتخاب گزینه های مناسب برای پیشنهاد به سازمان ملی استاندارد اختصاص دارد. بر اساس تحلیل ها و شاخص های مورد نظر این مقاله، فهرست 20 استاندارد اولویت دار به سازمان ملی استاندارد پیشنهاد شد که برخی از آن ها در برنامه سازمان استاندارد قرار گرفته است.