تمرکز سرمایه‌گذاری جهانی انرژی‌های تجدیدپذیر به سمت ذخیره‌سازی هم‌مکان می‌رود؛ تامین مالی پروژه‌های خورشیدی مستقل به پایین‌ترین حد پنج سال اخیر رسید

فرض بر این است که گذار انرژی صرفاً نیازمند ساخت پنل‌های خورشیدی بیشتر است. واقعیت این است که افزودن بیشتر نیروگاه‌های خورشیدی مستقل به شبکه‌ای که اشباع شده، عملاً ارزش اقتصادی خود را از بین می‌برد. در ساعات اوج روز، تولید برق خورشیدی در مناطقی مانند کالیفرنیا و تگزاس به قدری بالاست که قیمت‌های عمده‌فروشی انرژی به شدت سقوط می‌کند—و اغلب به زیر صفر می‌رسد. این پدیده که به «منحنی اردک» (Duck Curve) معروف است، اپراتورهای شبکه را مجبور می‌کند تا انرژی پاک کاملاً خوب را محدود یا دور بریزند، زیرا عرضه در میانه روز به شدت از تقاضا پیشی می‌گیرد.[3][4]

در نتیجه، بازارهای سرمایه دریافته‌اند که تولید برق دیگر گلوگاه اصلی نیست؛ بلکه انتقال و جابجایی آن برق است که اهمیت دارد. تامین مالی پروژه‌های خورشیدی مستقل به پایین‌ترین سطح چند سال اخیر رسیده، در حالی که سرمایه‌گذاری به سمت نیروگاه‌های هیبریدی خورشیدی به همراه ذخیره‌ساز سرازیر شده است—نیروگاه‌هایی که آرایه‌های فتوولتائیک را مستقیماً با باتری‌های در مقیاس شبکه جفت می‌کنند.[1][4]

این تغییر به وضوح در صف‌های اتصال ملی به شبکه قابل مشاهده است. بر اساس گزارشی از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (LBNL)، نیروگاه‌های هیبریدی اکنون ۵۵٫۲٪ (پنجاه و پنج ممیز دو دهم درصد) از کل ظرفیت فعال خورشیدی در صف انتظار برای اتصال به شبکه ایالات متحده را تشکیل می‌دهند.[1][6]

در بازارهای اشباع شده مانند کالیفرنیا، این گذار تقریباً مطلق است. بیش از ۹۲٪ (نود و دو درصد) از پروژه‌های خورشیدی جدیدی که به دنبال اتصال به شبکه هستند، اکنون شامل ذخیره‌سازی باتری نیز می‌شوند. اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده (EIA) پیش‌بینی می‌کند که از ۶۳ گیگاوات ظرفیت در مقیاس شبکه که انتظار می‌رود امسال وارد مدار شود، اکثریت قریب به اتفاق آن خورشیدی و ذخیره‌سازی باتری خواهد بود.[1][3]

برای درک اینکه چرا سرمایه پروژه‌های خورشیدی مستقل را رها کرده است، باید به مکانیسم مهندسی این سامانه‌های هیبریدی نگاه کرد. از لحاظ تاریخی، افزودن باتری به معنای ساخت یک سیستم «با اتصال AC» بود. در پیکربندی با اتصال AC، پنل‌های خورشیدی جریان مستقیم (DC) تولید می‌کنند که یک اینورتر خورشیدی آن را به جریان متناوب (AC) برای شبکه تبدیل می‌کند. برای ذخیره آن انرژی، یک اینورتر باتری جداگانه باید AC را دوباره به DC تبدیل کند تا باتری شارژ شود، و سپس هنگام دشارژ، دوباره آن را به AC تبدیل کند. هر مرحله تبدیل، انرژی را به صورت گرما هدر می‌دهد.[2][5]

استاندارد مدرن صنعت—و محرک رونق سرمایه‌گذاری فعلی—معماری «با اتصال DC» است. در این سامانه‌ها، آرایه خورشیدی و باتری یک باس DC واحد و یک اینورتر هیبریدی واحد را به اشتراک می‌گذارند. برق مستقیماً از پنل‌های خورشیدی به باتری در شکل بومی DC خود جریان می‌یابد که توسط مبدل‌های DC به DC مدیریت می‌شود.[2][5]

این مسیر تبدیل واحد، تلفات کلی سیستم را به تنها ۵ تا ۸٪ (پنج تا هشت درصد) کاهش می‌دهد، در مقایسه با ۱۰ تا ۱۵٪ (ده تا پانزده درصد) در تنظیمات قدیمی‌تر با اتصال AC. اما سلاح مخفی واقعی نیروگاه هیبریدی با اتصال DC، مکانیزمی به نام «بازیابی برش» (Clipping Recapture) است.[2]

آرایه‌های خورشیدی در مقیاس شبکه تقریباً همیشه نسبت به اینورترهای خود بزرگتر طراحی می‌شوند—یک انتخاب طراحی که به نسبت DC به AC معروف است و اغلب در حدود ۱٫۳ به ۱ (یک و سه دهم به یک) قرار دارد. هنگامی که خورشید در میانه روز در اوج درخشش خود قرار دارد، پنل‌ها برق DC بیشتری تولید می‌کنند که اینورتر عملاً قادر به تبدیل آن به AC نیست.[5]

در یک نیروگاه خورشیدی مستقل، این توان اضافی به سادگی «برش» خورده و برای همیشه از دست می‌رود. بسته به موقعیت مکانی، یک آرایه ۱۴ مگاواتی که پشت یک اینورتر ۱۰ مگاواتی قرار دارد، ممکن است سالانه بیش از یک میلیون کیلووات ساعت انرژی را به دلیل برش از دست بدهد.[5]

یک سیستم ذخیره‌سازی با اتصال DC این انرژی سرگردان را نجات می‌دهد. از آنجایی که باتری در سمت DC اینورتر قرار دارد، توان DC اضافی که نمی‌تواند به شبکه منتقل شود، مستقیماً به سلول‌های باتری هدایت می‌شود. این نیروگاه انرژی‌ای را برداشت می‌کند که یک سیستم مستقل آن را دور می‌ریخت.[2][5]

این مزیت فنی اساساً اقتصاد پروژه را تغییر می‌دهد. آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL) هزینه سطح‌بندی شده انرژی (LCOE) را برای این سامانه‌ها ردیابی می‌کند و اشاره دارد که در حالی که هزینه‌های خورشیدی در مقیاس شبکه بیش از ۱۲٪ (دوازده درصد) کاهش یافته است، افزودن ذخیره‌سازی همچنان مستلزم هزینه سرمایه‌ای اضافی است.

با این حال، این هزینه اضافی به راحتی توسط جریان‌های درآمدی جدیدی که باتری ایجاد می‌کند، جبران می‌شود. با ذخیره انرژی برش خورده و تولید بیش از حد میانه روز، نیروگاه می‌تواند در طول اوج مصرف عصرگاهی، زمانی که قیمت‌های عمده‌فروشی برق بالاترین میزان است، برق را تخلیه کند.[4]

علاوه بر این، این نیروگاه‌های هیبریدی می‌توانند در بازارهای خدمات جانبی شرکت کنند و تنظیم فرکانس و تثبیت شبکه را فراهم آورند—خدماتی که خورشیدی مستقل قادر به ارائه آن‌ها نیست. سیاست فدرال نیز این تغییر معماری را تسریع کرده است. قانون کاهش تورم (IRA) اعتبارات مالیاتی سرمایه‌گذاری را برای ذخیره‌سازی انرژی مستقل و هیبریدی فراهم می‌کند و اصطکاک مالی را که قبلاً مانع استقرار باتری‌ها می‌شد، از بین می‌برد.[3][4]

دوران مزارع خورشیدی مستقل عملاً در بازارهای انرژی بالغ به پایان رسیده است. شبکه دیگر به تولید خام و متناوب نیاز ندارد؛ بلکه به توان قابل اعزام و قابل کنترل احتیاج دارد. با یکپارچه‌سازی ذخیره‌سازی در نقطه تولید، بخش انرژی‌های تجدیدپذیر سرانجام در حال ساخت نیروگاه‌هایی است که کمتر شبیه بادنماهای غیرقابل پیش‌بینی و بیشتر شبیه ژنراتورهای قابل اتکای ظرفیت پایه هستند که جایگزین آن‌ها می‌شوند.[4][6]