اقتصاديات نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الاحترافي: تحليل تكلفة رأس المال، والإيرادات التشغيلية، وعائد الاستثمار طويل الأجل

مقدمة: القيمة الاقتصادية المقترحة لتكنولوجيا الإنتاج المزدوج

تعتمد الجدوى الاقتصادية للأنظمة الهجينة الكهروضوئية الحرارية على مبدأ اقتصادي أساسي يختلف عن البدائل أحادية المخرج: توليد منتجين مختلفين من الطاقة (الكهرباء والطاقة الحرارية) من نفس مساحة الفتحة يُمكّن من الحصول على قيمة إجمالية أعلى للطاقة لكل وحدة مساحة من المُجمِّع المُركَّب. يُبرر هذا النهج ثنائي المنتج نظريًا ارتفاع التكاليف الرأسمالية مقارنةً بالأنظمة أحادية المخرج، شريطة ألا تتجاوز التكلفة الإضافية الفائدة الإضافية من الإيرادات. يتطلب تحديد هذه العلاقة كميًا تحليلًا اقتصاديًا دقيقًا يشمل تكاليف النظام المُركَّب، وخصائص أداء المكونات، وهياكل أسعار المرافق، ومعدلات الخصم طويلة الأجل المناسبة لتقييم الأصول الرأسمالية.

بالمقارنة مع البدائل التقليدية (الكهرباء من الشبكة مع التدفئة بواسطة غلاية غاز)، يتطلب نظام الطاقة الشمسية الحرارية/الضوئية الاحترافي عادةً استثمارًا رأسماليًا أعلى بكثير، يُعوَّض بانخفاض استهلاك الطاقة التشغيلية. قد يتطلب نظام تسخين المياه المنزلي المصمم لتعويض الحمل الحراري بنسبة 40 إلى 50% استثمارًا رأسماليًا للتركيب يتراوح بين 15,000 و20,000 دولار أمريكي (ما يقارب 25 إلى 35 دولارًا أمريكيًا لكل واط من سعة الإنتاج الحراري)، وهو ما يتجاوز بكثير تكلفة أنظمة سخانات المياه الغازية التقليدية التي تتراوح بين 1,200 و1,500 دولار أمريكي. يجب استرداد هذه التكلفة الإضافية من خلال وفورات الطاقة السنوية وبرامج التحفيز الحكومية (الحسومات، والإعفاءات الضريبية، وحوافز الطاقة المتجددة) خلال فترة استرداد تتراوح عادةً بين 7 و12 عامًا في المناخات المواتية مع وجود حوافز داعمة.

تحليل تكلفة رأس المال: تفصيل مكونات النظام

تتضمن تكلفة تركيب نظام T/PV Pro مكونات متعددة ومتميزة، يساهم كل منها في إجمالي تكلفة التركيب، ويمكن التفاوض على كل منها من خلال عمليات الشراء التنافسية.

تحليل الإيرادات التشغيلية: المخرجات الحرارية والكهربائية

يستمد الدخل السنوي الناتج عن نظام T/PV Pro من آليتين متميزتين: تكاليف الطاقة الحرارية المتجنبة وتكاليف الطاقة الكهربائية المتجنبة.

من المتوقع أن يُنتج نظام حراري بقدرة 5 كيلوواط، مُثبّت في موقع ذي متوسط ​​إشعاع شمسي سنوي يبلغ 1350 كيلوواط ساعة/م²·سنة وكفاءة حرارية متوسطة للنظام تبلغ 50%، ما يقارب 5 إلى 5.5 ميغاواط ساعة سنويًا. يُعادل توفير 5.5 ميغاواط ساعة من الحرارة المُفيدة ما يقارب 6.5 ميغاواط ساعة من استهلاك الغاز الطبيعي في غلاية ذات كفاءة 85%. وبسعر الغاز الطبيعي الأوروبي المُكافئ النموذجي للمستهلك النهائي، والذي يتراوح بين 40 و90 دولارًا أمريكيًا لكل ميغاواط ساعة، يُوفر هذا التوفير ما يقارب 260 إلى 585 دولارًا أمريكيًا سنويًا.

يُنتج النظام نفسه ما يقارب 3.5 إلى 4 ميغاواط/ساعة من الطاقة الكهربائية سنويًا. وبسعر الكهرباء السكنية الذي يتراوح بين 0.12 و0.20 دولارًا لكل كيلوواط/ساعة، يُدرّ هذا النظام دخلًا سنويًا يتراوح بين 420 و800 دولار؛ بينما قد يُدرّ تصدير الطاقة عبر نظام القياس الصافي دخلًا سنويًا يتراوح بين 245 و480 دولارًا.

القيمة الإجمالية للتكاليف المتجنبة: من 680 دولارًا إلى 1385 دولارًا سنويًا، حيث تساهم الكهرباء بنسبة 60 إلى 75 بالمائة من الإجمالي.

العائد على الاستثمار

تبلغ فترة الاسترداد البسيطة حوالي 16.9 سنة بدون حوافز، وتتراوح بين 11.4 و13.3 سنة مع تطبيق الحوافز. ويُظهر تحليل صافي القيمة الحالية لمدة 25 عامًا بمعدل خصم 3% قيمة صافية حالية إيجابية في معظم سيناريوهات ارتفاع أسعار الكهرباء.

خاتمة

تعتمد جدوى أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية/الكهروضوئية الاحترافية على السياق، وتكون في أوجها عندما تتضافر عوامل ارتفاع أسعار الكهرباء، والطلب المتزامن على الطاقة الحرارية، وإمكانية التملك على المدى الطويل. يوفر تصميم المخرج المزدوج ميزة هيكلية عند توفر هذه الشروط.