عندما أطلقت اليابان برنامجها الوطني لتعريفة شراء الكهرباء (FIT) في عام 2012، أصبحت منطقة توهوكو، التي ضربها زلزال وتسونامي مارس 2011، واحدة من أهم مناطق الاختبار للطاقة الكهروضوئية (PV) على نطاق واسع. ومن بين المشاريع التي نشأت في إطار جهود إعادة الإعمار محطة إيشينوماكي نومازو للطاقة الكهروضوئية، وهي محطة أرضية تبلغ طاقتها حوالي 14 ميجاوات (تيار مستمر) أُقيمت على ملعب غولف سابق في مدينة إيشينوماكي بمحافظة مياجي. وقد دخلت المحطة حيز التشغيل في 1 سبتمبر 2017، وهي مصممة لتوليد حوالي 16.08 مليون كيلوواط ساعة من الكهرباء النظيفة سنويًا – وهو ما يكفي لتغطية الاستهلاك السنوي لحوالي 4,400 أسرة يابانية عادية.

بالنسبة لمطوري المشاريع ومقاولي EPC والمستثمرين الذين يقيّمون الألواح الكهروضوئية الشمسية لمحطات الطاقة على نطاق المرافق، فإن مشروع إيشينوماكي يمثل أكثر من مجرد ورقة أرقام. فهي توضح كيف تتضافر عوامل مثل الموقع المقيد بعد الكارثة، والمناخ القاسي، وعقد شراء الطاقة لمدة 20 عامًا، لتحدد بالضبط ما يجب أن تقدمه الألواح الشمسية. تتناول دراسة الحالة هذه تفاصيل المشروع، والخيارات الهندسية التي تم اتخاذها، والدروس التي يجب على المشترين أخذها في الاعتبار عند التفاوض بشأن التوريد.

الجدول 1. لمحة عامة عن المشروع – محطة إيشينوماكي نومازو للطاقة الكهروضوئية

1. تحويل ملعب غولف مهجور إلى محطة لتوليد الكهرباء

يُعد موقع المشروع نفسه أحد أبرز القرارات التي اتُخذت في إيشينوماكي: فهو ملعب غولف تم إيقاف تشغيله يمتد على مساحة تبلغ حوالي 22 هكتارًا في ضواحي المدينة. وتُعد إعادة استخدام الأراضي الصناعية المهجورة من هذا النوع خيارًا جذابًا في اليابان، حيث تندر الأراضي المستوية الصالحة للبناء وتخضع الأراضي الزراعية الخصبة للحماية. ومن خلال إعادة تطوير موقع تم تسويته وتصريفه مسبقًا، تجنب المطور التنافس مع القطاع الزراعي وقصر مدة الحصول على التراخيص.

ومع ذلك، فإن ملاعب الجولف ليست حقولًا مستوية. فمنحدراتها المتعرجة، ومناطق انطلاق الكرة، والمناطق الخشنة، كلها عوامل تخلق تضاريسًا غير مستوية، وعمقًا متفاوتًا للتربة، وتصريفًا غير منتظم. وقد اختار فريق الهندسة العمل مع طبيعة الأرض بدلاً من العمل ضدها: فخلال مرحلة تجهيز الموقع، استفادوا من التضاريس الموجودة لتوسيع المساحة المتاحة للألواح الكهروضوئية، ولم يقوموا بتسوية التربة إلا في الأماكن التي كانت هناك حاجة ماسة إليها. كما تم إنشاء بركة تنظيمية مخصصة وفقًا لمرسوم صادر عن محافظة مياجي، بحيث يتم التحكم في مياه الأمطار المتدفقة من المنطقة الكبيرة المغطاة بالألواح قبل وصولها إلى المجاري المائية المحلية.

بدلاً من فرض تصميم واحد للمنصات على الموقع بأكمله، قسّم الفريق المصفوفات إلى أربعة أنواع عامة وربط كل نوع بظروف التربة في منطقته. وقد شُيدت المصفوفات الكبيرة للمحطة باستخدام أربع وحدات مُركبة في وضع عمودي (بشكل عمودي)، مما سمح بتركيب المزيد من الألواح لكل هيكل داعم وساعد فريق التصميم على تحقيق الكفاءة المثلى في تحويل الطاقة بالنسبة للمساحة المتاحة. والنتيجة هي مشروع يبدو وكأنه مصمم خصيصًا ليتناسب مع الأرض، وليس مجرد مشروع مُفروض عليها.

2. تصميم الألواح والمصفوفات الكهروضوئية الشمسية بما يتناسب مع مناخ مياجي

تقع محافظة مياجي على ساحل المحيط الهادئ في منطقة توهوكو، وهي منطقة تشتهر بتساقط الثلوج الغزيرة في الشتاء، والرياح التي تصل أحيانًا إلى قوة الأعاصير، والرطوبة العالية، وبالطبع متطلبات مقاومة الزلازل العالية. يجب أن تتحمل أي لوحة كهروضوئية يتم تركيبها هنا أحمال الثلوج على سطح الوحدة، والتقلبات الحرارية الكبيرة بين حرارة الصيف وصقيع الشتاء، ورذاذ الملح الساحلي، واهتزازات الزلازل. كما أن الحجم البالغ 14 ميجاوات تيار مستمر / 10 ميجاوات تيار متردد – وهو زيادة متواضعة في السعة من التيار المستمر إلى التيار المتردد – هو أمر نموذجي لمشاريع تعريفة التغذية (FIT) اليابانية الناضجة: فهي تستخرج المزيد من الكيلوواط/ساعة من العاكس ووصلة الشبكة خلال أشهر انخفاض الإشعاع الشمسي، وهو بالضبط الوقت الذي تكتسب فيه أيام توهوكو القصيرة والمليئة بالثلوج أهميتها.

يُعد التثبيت العمودي تفصيلًا يستحق التوقف عنده. ففي المناخات الثلجية، تتخلص الصفوف الموجهة عموديًا من الثلج أسرع من المصفوفات الأفقية العريضة، كما أنها تقلل من خطر التوقف الطويل عن العمل خلال فصل الشتاء. كما أنها تجعل التعامل مع اتساخ الوجه الأمامي أسهل. ويعكس كل نوع من أنواع المصفوفات المختارة لمدينة إيشينوماكي توازنًا بين إنتاج الطاقة، والحمل الهيكلي، وقابلية الصيانة على المدى الطويل – وهي نفس المفاضلات التي ينبغي للمشترين في أي مكان يتميز بمناخ ذي أربعة فصول أن يدرجوها في مواصفات الألواح وحواملها.

ومن الجدير بالذكر أيضًا التوزيع بين 14 ميجاوات تيار مستمر مقابل 10 ميجاوات تيار متردد. تعد نسبة زيادة السعة من التيار المستمر إلى التيار المتردد التي تبلغ حوالي 1.4 شائعة في المناطق التي يكون فيها الإشعاع الشمسي منخفضًا في الشتاء وتكون ذروات الصيف قصيرة: فهي تسمح للمحولات بالعمل بالقرب من الحمل الكامل لعدد أكبر من الساعات خلال العام، مما يؤدي إلى تسوية العائد السنوي بدلاً من السعي وراء ذروة صيفية واحدة. بالنسبة لمشتري الوحدات، يعني هذا أن الألواح الكهروضوئية التي تحددونها ستقضي معظم عمرها التشغيلي في العمل تحت الحمل الجزئي، حيث يكون معامل درجة الحرارة المنخفض والأداء في ظروف الإضاءة الضعيفة مهمين بقدر أهمية القدرة المحددة على اللوحة.

3. لماذا تُحدد جودة الألواح عائد الاستثمار على مدى 20 عامًا؟

في إطار برنامج «الأسعار المضمونة» (FIT) الياباني، تُباع الكهرباء المولدة في إيشينوماكي إلى شركة «توهوكو للطاقة الكهربائية» بموجب عقد طويل الأجل مدعوم بالتعريفة. ويؤدي هذا الهيكل إلى تغيير دور الألواح الكهروضوئية الشمسية تمامًا: فلا يُقيَّم أداء المحطة في يوم تشغيلها، بل بناءً على مدى استمرارها في الإنتاج بمستوى قريب من طاقتها الاسمية لمدة عقدين من الزمن وما بعدها.

بالنسبة لمشروع قابل للتمويل مدعوم من مستثمر مؤسسي مثل «جي إي إنيرجي فاينانشال سيرفيسيز»، فإن هذا يعني أن الوحدات نفسها يجب أن تكون قابلة للتمويل. وعمليًا، يُترجم ذلك إلى قائمة موجزة من المواصفات غير القابلة للتفاوض: شهادتي IEC 61215 وIEC 61730 للتصميم والسلامة؛ ومقاومة قوية للتدهور الناتج عن الجهد الكهربائي (PID) في ظل الحرارة والرطوبة؛ انخفاض معدل التدهور الأولي (LID)؛ ضمان أداء خطي لمدة 25 عامًا مع معدل تدهور سنوي يُحافظ عليه عادةً عند أو أقل من حوالي 0.5 إلى 0.7 في المائة؛ وإنتاج متسق وقابل للتتبع عبر كل دفعة يتم شحنها إلى الموقع. كما تُعد المواقع الساحلية والمناطق الثلجية من العوامل التي تزيد من أهمية اختبارات رذاذ الملح وحمل الثلج.

وهناك أيضًا حجة تتعلق بكثافة الطاقة. ونظرًا لأن المحطة بأكملها يجب أن تتسع في مساحة ثابتة تبلغ 220,000 متر مربع، فإن كل نسبة مئوية إضافية في كفاءة الوحدة تتحول مباشرةً إلى كيلوواط/ساعة إضافية على مدار عمر المحطة — وإيرادات تعاقدية إضافية. قد يبدو اختيار الألواح الكهروضوئية الأرخص سعرًا للواط الواحد خيارًا جذابًا في البداية، لكن الوحدة التي تتدهور أسرع، أو تتعطل بسبب ظاهرة PID، أو تحتاج إلى استبدال متكرر، تؤدي بهدوء إلى تآكل التدفق النقدي نفسه الذي تعهد به مستثمرو برنامج تعريفة التغذية (FIT).

4. النتائج وتأثيرها على المجتمع

منذ بدء التشغيل التجاري في 1 سبتمبر 2017، تزود محطة إيشينوماكي نومازو الشبكة الإقليمية بحوالي 16.08 مليون كيلوواط/ساعة من الكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية سنويًّا — وهو ما يعادل الاستهلاك السنوي لحوالي 4,400 أسرة عادية. ويُذكّر اسم مالك المشروع، “إيشينوماكي كيزونا جي كي”، بالسياق الذي أُقيم فيه: فكلمة «كيزونا» تعني «الروابط» باللغة اليابانية، وتُعد المحطة جزءًا من جهود إعادة الإعمار الأوسع نطاقًا في مدينة فقدت أكثر من 6,000 من سكانها في كارثة التسونامي التي وقعت عام 2011.

وبصرف النظر عن إنتاج الميغاواط/ساعة، يُظهر المشروع نموذجًا قابلاً للتكرار: رأس مال خاص للبنية التحتية، وخبرة دولية في مجال التصميم والمشتريات والبناء (EPC)، وموقع صناعي قديم أعيد توظيفه، وفريق متخصص في التشغيل والصيانة مسؤول عن ضمان استمرار تشغيل المحطة على مدار العام. وهو النوع من المشاريع المرجعية التي أصبحت معيارًا لمشاريع الطاقة الشمسية على نطاق الشبكة في جميع أنحاء شرق آسيا.

5. نصائح للمشترين الراغبين في شراء الألواح الكهروضوئية

ما الذي ينبغي أن يستفيد منه المطور أو شركة EPC من تجربة إيشينوماكي عند شراء الألواح الكهروضوئية لمحطة الطاقة القادمة؟

أولاً، حدد المعايير بناءً على المناخ، وليس على السعر المعلن. يجب أن تكون عوامل الثلج والملح والحرارة والأحمال الزلزالية هي المحرك الرئيسي في عملية اعتماد الوحدات، وتصميم الإطار، واختيار الزجاج، واتجاه التركيب، قبل أن تصبح هذه العوامل محور النقاش حول الميزانية. ثانياً، اطلب وثائق مالية موثوقة: شهادة IEC كاملة، وضمانات أداء خطية لمدة 25 عاماً، وإمكانية تتبع الدُفعات، ومُصنِّع قادر على الاستمرار طوال العمر الافتراضي للمشروع. ثالثاً، قم بتوحيد استخدام طراز واحد من الوحدات في جميع أنحاء الموقع، بحيث تصبح قطع الغيار والتدريب والتشغيل والصيانة أمراً بسيطاً على مدى عقود. رابعًا، تعامل مع تخطيط الموقع كجزء من قرار اختيار المنتج: فاللوحة المناسبة في شكل مصفوفة غير مناسب تؤدي إلى انخفاض الأداء.

وهذا هو بالضبط السبب الذي يجعل الشركة المصنعة المتكاملة — التي تقوم بتصميم وإنتاج الخلايا الشمسية والوحدات الكهروضوئية وبطاريات الليثيوم والأنظمة الشمسية الكاملة تحت سقف واحد — تميل إلى الفوز بطلبيات على نطاق مرافق الطاقة. فلم تعد الخلايا، وطبقات الوحدات، وهندسة النظام، والضمان بعد البيع، أربعة موردين منفصلين يتعين التنسيق بينهم.

وأخيرًا، لا تقتصر على الوحدة نفسها فحسب، بل اسأل عن النظام بأكمله. فالمحطة الحديثة من فئة 14 ميجاوات تُزوَّد بشكل متزايد ببطاريات تخزين، ونظام مراقبة على مستوى السلسلة، وخدمات التشغيل والصيانة عن بُعد. وتستخرج الألواح الكهروضوئية التي تتواصل بشكل جيد مع المحولات ووحدات التخزين – من خلال نوافذ الجهد المتوافقة، ومعاملات درجة الحرارة المستقرة، ومنحنيات التدهور التي يمكن التنبؤ بها – قيمة أكبر من كل ميجاوات/ساعة مقارنةً بما توحي به القدرة الكهربائية المعلنة وحدها. تم إنشاء مشروع إيشينوماكي قبل أن يصبح دمج البطاريات مع أنظمة الطاقة الشمسية أمرًا معتادًا في اليابان، لكن منطقه الهندسي لا يزال يمثل نموذجًا يُحتذى به: اختر الألواح وفقًا لظروف المناخ وعقد التمويل الذي يمتد لعشرين عامًا، وليس وفقًا للعرض السعري الذي تتلقاه هذا الأسبوع.

نبذة عن JA TECH

تأسست شركة JA TECH في عام 2007، وهي متخصصة في تصميم وإنتاج وبيع الخلايا الشمسية والوحدات الكهروضوئية وبطاريات الليثيوم والأنظمة الشمسية المتكاملة. بدءًا من محطات الطاقة الأرضية على نطاق المرافق العامة مثل محطة إيشينوماكي وصولًا إلى المنشآت التجارية المثبتة على أسطح المباني والمنشآت المدعومة بخيارات التخزين، يوفر فريقنا الهندسي ألواحًا كهروضوئية قابلة للتمويل ومصممة خصيصًا لمواجهة الظروف المناخية القاسية وتتمتع بعمر تشغيلي يصل إلى 25 عامًا. إذا كنت تخطط لمشروع طاقة شمسية مثبت على الأرض أو على الأسطح أو هجين، وترغب في الحصول على مواصفات الوحدات وأسعارها بما يتوافق مع مناخ منطقتك وقواعد الشبكة المحلية، فاتصل بفريق المبيعات لدينا للحصول على عرض مخصص لاحتياجاتك.

المصادر

تستند الحقائق المتعلقة بالمشروع الواردة في هذه المقالة إلى البيان الصحفي رقم PR_No.88 الصادر عن شركة “juwi Shizen Energy Inc.” بعنوان «juwi Shizen Energy تنتهي من إنشاء محطة الطاقة الكهروضوئية إيشينوماكي نومازو بقدرة 14 ميجاوات في محافظة مياجي» (31 يناير 2018)، بالإضافة إلى المراجع المنشورة من شركة Trina Solar بشأن المشاريع، وسجلات محطات توليد الطاقة لدى Global Energy Monitor. العلامات التجارية للوحدات الكهروضوئية التي تم تركيبها فعليًّا في الموقع هي تلك التي وثّقتها الأطراف المشاركة في عقد التصميم والمشتريات والبناء (EPC)؛ وتُقدَّم دراسة الحالة هذه كمرجع هندسي ومرجع للتوريد.