พลังงานแสงอาทิตย์ทุกที่: โอกาสด้านโครงสร้างพื้นฐาน

พลังงานแสงอาทิตย์เป็นหนึ่งในเสาหลักในการเปลี่ยนแปลงพลังงานของยุโรป ด้วยกำลังการผลิตใหม่มากกว่า 65 GW ที่ติดตั้งในปี 2568 และมากกว่า 405 GW ดำเนินการแล้ว สหภาพยุโรปกำลังมุ่งสู่เป้าหมายที่ 750 GW ของพลังงานแสงอาทิตย์ PV ภายในปี 2573 การบรรลุเป้าหมายดังกล่าวจะต้องติดตั้งเพิ่มเติมอีก 345 GW หรือมากกว่านั้นในอีกห้าปีข้างหน้า ภูมิศาสตร์ของการเพิ่มกำลังการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ PV กำลังเปลี่ยนแปลง หลังคาขนาดใหญ่{9}}ที่เน้นอย่างดี พื้นที่ที่เชื่อมต่อได้ง่าย และสถานที่ที่ดีที่สุดกำลังค่อยๆ หมดลง ในเวลาเดียวกัน โครงการพลังงานแสงอาทิตย์-แบบติดตั้งภาคพื้นดินในบางประเทศต้องเผชิญกับข้อกังวลเกี่ยวกับการใช้ที่ดินที่แข่งขันกัน การปกป้องพื้นที่เพาะปลูก ความหลากหลายทางชีวภาพ และการยอมรับของท้องถิ่น

 

เมื่อเร็ว ๆ นี้เราได้โต้แย้งในหน้าเหล่านี้ว่าโมดูลน้ำหนักเบาสามารถปลดล็อกหลังคายุโรปที่มีโครงสร้างจำกัดได้มากกว่า 85 GW ความกดดันที่อยู่เบื้องหลังข้อโต้แย้งนั้นก็เหมือนกัน ทำให้นักพัฒนามองข้ามไซต์ที่ตรงไปตรงมาที่สุด คำถามไม่ใช่อีกต่อไปว่ายุโรปต้องการพลังงานแสงอาทิตย์มากขึ้นหรือไม่ มันคือจุดที่กิกะวัตต์ถัดไปจะไปจริง และวิธีที่ไฟฟ้าที่ผลิตได้จะถูกรวมเข้ากับโครงข่ายและเปลี่ยนเป็นมูลค่าได้อย่างไร

 

ใช้พลังงานแสงอาทิตย์แบบคู่-: ตรรกะของ 'PV ทุกแห่ง'
กลุ่มใหม่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดบางส่วนมีแนวคิดเดียว ซึ่งรวบรวมไว้ภายใต้ร่มธงของ 'PV ทุกที่': แทนที่จะค้นหาที่ดินใหม่ ให้แบ่งปันพื้นผิวที่เราใช้อยู่แล้ว Agrivoltaics ช่วยให้พื้นที่การเกษตรมีการผลิตพร้อมทั้งผลิตพลังงาน PV แบบลอยน้ำ อาคาร- และยานพาหนะ-ได้รวมระบบหมุนเวียน PV ส่วนหน้าอาคาร รถยนต์ และอื่นๆ ไว้ในสินทรัพย์การผลิตไฟฟ้า ในทุกกรณี ความก้าวหน้าจะเหมือนกัน นั่นคือ พลังงานแสงอาทิตย์ไม่ได้แย่งชิงพื้นที่อีกต่อไปแต่จะแบ่งปันพื้นที่นั้น

 

พื้นที่อีกประเภทหนึ่งซึ่งไม่ค่อยมีการกล่าวถึงกันมากนัก ก็สอดคล้องกับตรรกะเดียวกันนี้ นั่นคือ ที่ดินที่ควบคู่กับโครงสร้างพื้นฐานด้านการคมนาคมและน้ำของเรา ขอบถนนและคันดินมอเตอร์เวย์ รางและทางตัดทางรถไฟ สิ่งกีดขวางทางเสียง หน้าเขื่อนน้ำท่วม ริมฝั่งคลอง เส้นทางจักรยาน และสิทธิ์ทางเทคนิค-ของ-พรมแดนทางถนนเกือบทุกสายและทางรถไฟในทวีป ภาคส่วนนี้ยังคงเลือกใช้ชื่อ: PV แบบรวมโครงสร้างพื้นฐาน (IIPV) ในงานวิจัย, 'PV เชิงเส้น' สำหรับเรขาคณิต หรือพูดให้ชัดเจนกว่านั้นคือทางหลวงที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ รางรถไฟพลังงานแสงอาทิตย์ และ-พลังงานแสงอาทิตย์ชั้นนำในคลองในสื่อ อย่างไรก็ตามตรรกะเป็นที่คุ้นเคย ที่ดินนี้ได้รับการพัฒนาแล้ว ควบคุมโดยหน่วยงานสาธารณะหรือผู้ถือสัมปทาน และทำหน้าที่หลักอยู่แล้ว การเพิ่มรุ่นขึ้นไปในขณะที่ยังคงรักษาทางเดินที่เป็นธรรมชาติและฟื้นคืนสภาพเดิมมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการคัดค้านน้อยลงมาก ไม่ใช่ภูมิประเทศแบบใหม่ แต่เป็นความสัมพันธ์ใหม่กับภูมิประเทศที่เราได้สร้างไว้แล้ว

 

 

ปรับขนาดรางวัลยุโรป
ศักยภาพนั้นเป็นเพียงสิ่งเล็กน้อยเท่านั้น ในการประเมินโดยรวม-ของยุโรป ศูนย์วิจัยร่วมของคณะกรรมาธิการยุโรปประมาณการว่าการใช้ PV บนหลังคา อ่างเก็บน้ำ และโครงสร้างพื้นฐานของถนนและทางรถไฟอาจเกินกำลังการผลิตติดตั้ง 1 TW ซึ่งเกินกว่าเป้าหมายปี 2030 ของสหภาพยุโรป ส่วนแบ่งโครงสร้างพื้นฐานเชิงเส้น-มีความโดดเด่นเป็นพิเศษ การศึกษานี้ทำให้ศักยภาพโดยรวมของ PV แนวตั้งตามแนวถนนและทางรถไฟของสหภาพยุโรปอยู่ที่ 403 GW หรือประมาณ 50% ของเป้าหมายปี 2030 การวิเคราะห์ยังพบว่าการติดตั้ง PV แบบสองหน้าในแนวตั้งและตะวันออก- ตะวันตกในปริมาณมากจะช่วยเพิ่มมูลค่าตลาดของการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ และลดราคาที่แบ่งแยกในช่วงเที่ยงวัน ซึ่งกัดกร่อนรายได้ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบหันหน้าไปทางทิศใต้แบบเดิมมากขึ้นเรื่อยๆ แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะเป็นศักยภาพทางเทคนิคมากกว่าการคาดการณ์ของตลาด แต่ศักยภาพเพียงเศษเสี้ยวหนึ่งก็ยังมีนัยสำคัญ

 

ด้วยความหนาแน่นของพลังงานเชิงเส้นที่เหมือนจริงระหว่างประมาณ 0.3 เมกะวัตต์ต่อกิโลเมตรสำหรับโมดูลสองหน้าแนวตั้งแถวเดียว และมากกว่า 2 เมกะวัตต์ต่อกิโลเมตรสำหรับระบบที่กว้างขึ้น ลำดับขนาดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อนำไปใช้กับทางเดินโครงสร้างพื้นฐานระยะทางนับหมื่นกิโลเมตร

 

 

ยิ่งไปกว่านั้น โอกาสยังขยายไปไกลกว่าดินแดนอีกด้วย สินทรัพย์โครงสร้างพื้นฐานเหล่านี้จำนวนมาก (มอเตอร์เวย์ ทางรถไฟ คลอง) ใช้ไฟฟ้าอยู่แล้วหรืออยู่ติดกับการเชื่อมต่อโครงข่ายที่มีอยู่ ความใกล้ชิดดังกล่าวจะเปลี่ยน-ข้อโต้แย้งการใช้ที่ดินเป็นข้อโต้แย้งเกี่ยวกับระบบ-พลังงาน: การสร้างที่ตั้งบนโครงสร้างพื้นฐานสามารถป้อนโดยตรงไปยังโหลดในพื้นที่หรือจุดเชื่อมต่อที่มีอยู่ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการลดทอนและลดความท้าทายในการบูรณาการโครงข่าย-โครงข่ายที่จำกัดโครงการพลังงานแสงอาทิตย์แบบเดิมๆ จำนวนมาก

 

สิ่งที่โลกกำลังสร้างอยู่แล้ว

จีนได้ก้าวไปอย่างรวดเร็วและเป็นขนาดที่ใหญ่ที่สุด โดยพัฒนา-ตลาด PV ที่เชื่อมโยงด้านการขนส่งซึ่งไม่มีที่ใดเทียบเท่ากับที่อื่น พลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมโยงกับทางหลวง-สูงถึงประมาณ 1.7 GW ภายในสิ้นปี 2024 และ China Academy of Transportation Sciences ประมาณการศักยภาพริมถนนที่ใกล้กับ 944 GW ขณะนี้หลายจังหวัดกำลังพัฒนาพื้นที่ให้บริการทางหลวงคาร์บอนใกล้-เป็นศูนย์- ตัวอย่างเช่น ทางเดินหลักจี่หนาน-เว่ยฟาง มีกำลังการผลิต 68 เมกะวัตต์ ซึ่งผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 68 กิกะวัตต์ชั่วโมงต่อปี ตามข้อมูลของผู้ดำเนินการ

 

เอเชียเสนอผู้ประท้วงประเภทอื่นๆ หลายประเภท หลังคาทางจักรยานแทจอน–เซจงของเกาหลีใต้ทอดยาวลงมาตามทางเดินกลางของมอเตอร์เวย์ตั้งแต่กลางทศวรรษ 2010 โดยมีแผงราว 7,500 แผงในระยะทางกว่า 4.8 กม. ตามที่กระทรวงโครงสร้างพื้นฐานและการขนส่งของเกาหลีใต้ใช้ร่วมกัน

 

อินเดียเป็นผู้บุกเบิกพลังงานแสงอาทิตย์ชั้นนำ-ในคลองในรัฐคุชราตเมื่อกว่าทศวรรษที่แล้ว: หน่วยงานสาธารณะของคลอง Narmada รายงานการปรับขยายจากโครงการนำร่อง 1 เมกะวัตต์ในปี 2012 เป็นประมาณ 35 เมกะวัตต์ในปัจจุบัน โดยลดการระเหยลง ในญี่ปุ่น ความสนใจในการขนส่ง-PV แบบบูรณาการกำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว กระทรวงที่ดิน โครงสร้างพื้นฐาน การขนส่ง และการท่องเที่ยว (MLIT) ได้เปิดตัวโครงการระดับชาติเพื่อประเมินเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์บนพื้นผิวถนน- ขณะที่ผู้ประกอบการมอเตอร์เวย์กำลังสำรวจการใช้เขื่อน กำแพงกั้นเสียง และ-พื้นที่บริการสำหรับการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

 

ในสหรัฐอเมริกา The Ray ซึ่งเป็นทางเดินสาธิตเลียบทางหลวงระหว่างรัฐ 85 ในรัฐจอร์เจีย เป็นเจ้าภาพจัดแผงริมถนนขนาด 1 เมกะวัตต์ ในขณะที่การวิเคราะห์ของมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน แนะนำว่าที่ดินที่แลกเปลี่ยนเพียงอย่างเดียว ซึ่งคิดเป็น 21,000 เฮกตาร์ ในทางทฤษฎีสามารถสร้างได้ถึง 36 TWh ต่อปี บริเวณริมน้ำ ชุมชนชาวอินเดียนแดงในแม่น้ำ Gila ในรัฐแอริโซนาได้เปิดสิ่งที่เรียกว่าเป็นโครงการแรกในซีกโลกตะวันตกที่ดำเนินการโครงการพลังงานแสงอาทิตย์-เหนือ-คลองประมาณ 1.3 เมกะวัตต์ในปี 2024 โดยมีโครงการ Nexus -ที่ได้รับการสนับสนุนจากรัฐแคลิฟอร์เนียตามหลังมา

 

ตัวอย่างของชาวยุโรปก็มีการทวีคูณเช่นกัน กำแพงกั้นเสียงเป็นเส้นทางที่เติบโตเต็มที่ที่สุด การสำรวจที่เผยแพร่พบว่าการติดตั้งมอเตอร์เวย์ขนาดใหญ่ของเยอรมันอยู่ที่ 1 ถึง 2 MWp ต่ออัน หน่วยงานด้านท้องถนนของเนเธอร์แลนด์ดำเนินการนักบิน 'ทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์' สองหน้าบน A50 ส่วนผู้ให้บริการมอเตอร์เวย์และรถไฟของออสเตรียและสวิตเซอร์แลนด์ก็กำลังเปิดแผงกั้นเสียงกับ PV มากขึ้นเรื่อยๆ นอกเหนือจากอุปสรรคแล้ว พื้นผิวที่หลากหลายยังโดดเด่นอีกด้วย: โมดูลที่ถอดออกได้ระหว่างรางบนเส้นทางสวิสใกล้กับ Buttes, แผงสองหน้าแนวตั้งบนคันดินของ Rhône, หลังคาทรงพุ่มประมาณ 900 เมตรเหนือเส้นทางปั่นจักรยานในฝรั่งเศส และแม้แต่ท่าเทียบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ที่ท่าจอดเรือเมดิเตอร์เรเนียน

 

เรขาคณิตของความท้าทาย

ทั้งหมดนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย ความท้าทายที่กำหนดของ PV เชิงเส้นคือ-การใช้งานร่วม: แผงจะต้องไม่กระทบต่อการทำงานหลักของโครงสร้างพื้นฐาน ไม่ว่าจะเป็นความเสถียรของเขื่อน การเข้าถึงมอเตอร์เวย์ในกรณีฉุกเฉิน การเข้าถึงทางรถไฟเพื่อการบำรุงรักษา หรือความสามารถในการเดินเรือทางน้ำ ประเภทแต่ละประเภทมีข้อจำกัดของตัวเอง ไม่ว่าจะเป็นการศึกษาแสงสะท้อน การเข้าถึงกรณีฉุกเฉิน ความโปร่งใสของระบบไฮดรอลิก หรือโหลดทางกล

การกระจายการผลิตไฟฟ้าออกไปในระยะทางหลายกิโลเมตรยังช่วยเพิ่มจุดเชื่อมต่อหรือ-เพิ่มระดับของหม้อแปลง การเดินสายเคเบิลและการสูญเสีย และผลักดันนักพัฒนาไปสู่สถาปัตยกรรมใหม่ โครงการวิจัยในฝรั่งเศสกำลังสำรวจกระแสตรงแรงดันไฟฟ้าปานกลาง-เพื่อส่งพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพไปตามเส้นทางปั่นจักรยาน ในขณะที่ในสวิตเซอร์แลนด์ การทำงานบน 'โครงข่ายอัจฉริยะสำหรับรางรถไฟ' ถือว่าทางเดินเหมือนกับไมโครกริดของแท้ โดยผสมผสานพลังงานแสงอาทิตย์ข้างราง ระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าสำหรับลากจูง พลังงานเบรกที่นำกลับมาใช้ใหม่ และการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

 

เนื่องจากโครงการเดียวสามารถข้ามเขตอำนาจศาลได้หลายเขต การอนุญาตแบบกระจัดกระจายอาจเป็นอุปสรรคได้ เพิ่มความหลากหลายของการถือครองที่ดิน ตั้งแต่สาธารณสมบัติไปจนถึงผู้ถือสัมปทานและเจ้าของเอกชน และรูปแบบธุรกิจมีความซับซ้อนมากกว่าโรงงานทั่วไปอย่างเห็นได้ชัด

 

การทำกรณีธุรกิจ

เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์อื่นๆ ระบบบูรณาการโครงสร้างพื้นฐาน-สามารถขายไฟฟ้าได้ (ภายใต้-กลไกการรับจ่ายที่ได้รับการสนับสนุนของรัฐ เช่น สัญญาส่วนต่างหรือฟีด-ในอัตราภาษี หรือในราคาตลาดขายส่ง) ใช้ไฟฟ้าในหรือใกล้กับไซต์งาน หรือรวมทั้งสองเส้นทาง กรณีทางธุรกิจอาจมีความต้องการมากกว่าการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์บนพื้นดิน-: ค่าใช้จ่ายล่วงหน้าอาจสูงกว่า ซึ่งสะท้อนถึงสถาปัตยกรรมไฟฟ้าเชิงเส้นที่ซับซ้อนมากขึ้น การติดตั้งแบบยกระดับ และการเคลือบโมดูลเฉพาะ ในขณะที่ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานก็สามารถเพิ่มขึ้นได้เนื่องจากความสกปรก การเข้าถึงและการสัมผัสที่จำกัด แม้ว่าที่ดินจะมีราคาถูกหรือว่างก็ตาม ในทางปฏิบัติ -การบริโภคด้วยตนเองโดยผู้รับ-นอกสถานที่ใกล้เคียงและสัญญาสำหรับส่วนต่างที่ได้รับจากการเรียกร้องให้ประมูลโดยเฉพาะ ดูเหมือนจะเป็นเส้นทางที่น่าเชื่อถือที่สุดเพื่อความอยู่รอดของโครงการ

 

จากนักบินไปจนถึงขนาด

แนวทางข้างหน้าไม่ใช่การปฏิบัติต่อ PV เชิงเส้นเป็นผลิตภัณฑ์เดียว แต่เป็นผลงานของการจำแนกประเภทในระยะการเจริญเติบโตที่แตกต่างกัน ซึ่งมีส่วนช่วยในเส้นทางเดียวในหลาย ๆ ทางไปสู่เป้าหมายปี 2030 ซึ่งช่วยเสริมหลังคาบ้าน เกษตรกรรมไฟฟ้า และ PV แบบลอยตัว เส้นทางเชิงปฏิบัติเริ่มต้นด้วยการกำหนดค่าที่มีข้อจำกัดน้อยที่สุด-และสามารถทำซ้ำได้ง่ายที่สุด งานคู่ขนานที่สำคัญคือการสร้างฐานหลักฐานที่ผู้ปฏิบัติงานต้องการต่อไป: การตรวจสอบอย่างมีโครงสร้างสำหรับการใช้งานในช่วงแรก เพื่อแสดงทั้งระบบ PV และการสร้างไม่รบกวนฟังก์ชันโครงสร้างพื้นฐานหลัก และการดำเนินงาน การบำรุงรักษา และการสั่นสะเทือนของโครงสร้างพื้นฐานไม่ทำให้ประสิทธิภาพของ PV ลดลง

 

คันโยกสามคันจะช่วยเร่งการย้ายจากผู้ประท้วงไปสู่การจัดวางกำลัง (1) จำเป็นต้องมีโครงการสาธิตขนาดใหญ่-เพื่อสร้างฐานหลักฐาน (2) โครงการจำเป็นต้องมีหลักคำสอนที่ชัดเจนและการอนุมัติร่วมกัน (3) และไซต์เหล่านี้ควรรวมอยู่ในการประมูลสาธารณะอย่างชัดเจน ไม่ว่าจะผ่านทางซองเฉพาะสำหรับโครงการที่มีโครงสร้างพื้นฐาน- หรือราคาพรีเมียมที่ชดเชยต้นทุนการพัฒนาที่สูงขึ้น อย่างน้อยก็ในตอนนี้

 

เรื่องราวเกี่ยวกับแสงอาทิตย์ของยุโรปยังไม่จบสิ้น แต่กำลังเข้าสู่บทที่มีความต้องการมากขึ้น กิกะวัตต์ถัดไปจะมาจากไซต์ที่มีข้อจำกัดและสร้างสรรค์มากขึ้น การใช้งานแบบคู่ช่วยตอบข้อจำกัดด้านความพร้อมของพื้นผิว และ PV เชิงเส้นเพียงอย่างเดียวทำให้มีศักยภาพที่สามารถเข้าถึงได้ทางเทคนิคหลายร้อยกิกะวัตต์ตามถนน ทางรถไฟ และคลองของทวีป แผ่นดินก็มีมาโดยตลอด โอกาสตอนนี้อยู่ที่การเรียนรู้ที่จะแบ่งปัน