ریل قطار به نیروگاه خورشیدی تبدیل می‌شود؛ فناوری جدید اروپا برای تولید برق پاک

راه‌آهن یکی از همین زیرساخت‌هاست. شبکه‌های ریلی هزاران کیلومتر طول دارند و بخش زیادی از آنها در فضای باز و زیر نور مستقیم خورشید قرار گرفته‌اند. اگر بتوان سطح میان ریل‌ها را با پنل‌های خورشیدی پوشاند، همان مسیرهایی که برای جابه‌جایی قطار استفاده می‌شوند، می‌توانند همزمان به محلی برای تولید برق پاک تبدیل شوند.

شرکت سوئیسی Sun-Ways تلاش کرده است این ایده را از مرحله تئوری خارج کند. این شرکت سال گذشته در یک پروژه آزمایشی در سوئیس، حدود ۱۰۰ متر پنل فتوولتائیک را در میان ریل‌های فعال راه‌آهن نصب کرد و نتایج اولیه نشان داد که تولید برق در چنین محیطی امکان‌پذیر است.

اکنون ایتالیا می‌تواند یکی از نخستین کشورهایی باشد که این فناوری را در مقیاس آزمایشی وارد شبکه ریلی خود می‌کند. نخستین راه‌آهن خورشیدی جهان چگونه ساخته شد؟

پروژه آزمایشی Sun-Ways در منطقه بوتس در کانتون نوشاتل سوئیس و در منطقه وال-دو-تراورس اجرا شد. این طرح در ابتدا قرار بود یک آزمایش سه‌ساله باشد تا عملکرد پنل‌های خورشیدی در شرایط واقعی راه‌آهن بررسی شود.

در این پروژه حدود ۱۰۰ متر پنل فتوولتائیک در فاصله میان ریل‌های فعال نصب شد. سامانه آزمایشی شامل ۴۸ پنل خورشیدی با ظرفیت ترکیبی حدود ۱۸ کیلووات بود.

هدف اصلی این آزمایش آن بود که مشخص شود آیا می‌توان پنل‌های خورشیدی را در فضایی که به طور معمول برای عبور قطار، عملیات تعمیر و نگهداری و تجهیزات ریلی استفاده می‌شود، به صورت ایمن و پایدار نصب کرد یا خیر.

نتایج اولیه ظاهراً فراتر از انتظارات بوده است. شرکت Sun-Ways اعلام کرده که این نیروگاه در نخستین سال فعالیت خود عملکرد مطلوبی داشته و به نگهداری ویژه‌ای نیاز نداشته است.

همین نتایج باعث شده احتمال نصب یک سیستم دائمی در امتداد مسیر راه‌آهن افزایش پیدا کند. راه‌آهن خورشیدی در یک سال چقدر برق تولید می‌کند؟

یکی از مهم‌ترین پرسش‌ها درباره این فناوری، میزان برق تولیدی آن است. پنل‌های خورشیدی معمولاً با زاویه‌ای مشخص نسبت به سطح زمین نصب می‌شوند تا در طول سال بیشترین میزان تابش خورشید را دریافت کنند. در بسیاری از مناطق اسپانیا، زاویه مناسب نصب پنل‌ها حدود ۳۰ تا ۳۵ درجه است.

اما پنل‌هایی که میان ریل قطار قرار می‌گیرند، تقریباً به صورت افقی نصب می‌شوند و بنابراین نمی‌توانند همیشه در بهترین زاویه ممکن نسبت به خورشید قرار بگیرند.

با وجود این محدودیت، Sun-Ways تخمین می‌زند که کاهش تولید برق ناشی از افقی بودن پنل‌های ریلی حدود ۱۰ درصد باشد.

نتایج آزمایش نیز نشان داده است که این سامانه در طول یک سال حدود ۱۶ هزار کیلووات‌ساعت برق تولید کرده است.

برای درک بهتر این مقدار، ۱۶ هزار کیلووات‌ساعت تقریباً با میزان مصرف سالانه یک خانه معمولی در بریتانیا قابل مقایسه است؛ البته این مقایسه به الگوی مصرف خانوار و شرایط انرژی هر کشور بستگی دارد.

این میزان تولید برای تنها ۱۰۰ متر مسیر آزمایشی، نشان می‌دهد که در صورت اجرای فناوری در مقیاس بزرگ، ظرفیت تولید برق می‌تواند قابل توجه باشد. اگر کل شبکه ریلی سوئیس خورشیدی شود چه اتفاقی می‌افتد؟

شبکه راه‌آهن سوئیس حدود ۵۳۱۷ کیلومتر طول دارد. در صورت امکان نصب پنل‌های خورشیدی در بخش بزرگی از این شبکه، سطح قابل استفاده برای تولید برق می‌تواند بسیار گسترده باشد.

برآورد Sun-Ways نشان می‌دهد که از نظر تئوری، امکان نصب پنل‌های خورشیدی در سراسر شبکه ریلی سوئیس وجود دارد؛ سطحی که معادل حدود ۷۶۰ زمین فوتبال خواهد بود.

این رقم بیش از ۵۰ هزار برابر سطح پروژه آزمایشی اولیه است.

شرکت Sun-Ways بر اساس همین ظرفیت بالقوه تخمین می‌زند که شبکه ریلی خورشیدی سوئیس می‌تواند حدود یک تراوات‌ساعت برق در سال تولید کند.

یک تراوات‌ساعت معادل یک میلیارد کیلووات‌ساعت است و طبق برآورد شرکت، این میزان می‌تواند حدود ۲ درصد از کل مصرف انرژی سوئیس را پوشش دهد.

البته تبدیل تمام شبکه ریلی به یک نیروگاه خورشیدی بزرگ، به این معنا نیست که چنین پروژه‌ای به طور کامل و بدون محدودیت اجرایی خواهد شد. مسائل فنی، ایمنی، هزینه، تعمیر و نگهداری و شرایط محیطی باید پیش از توسعه گسترده این فناوری بررسی شوند. چرا پنل‌ها را میان ریل‌ها نصب می‌کنند؟

یکی از ویژگی‌های اصلی فناوری Sun-Ways، طراحی آن برای نصب مستقیم پنل‌ها در فضای بین دو ریل است. این شرکت تلاش کرده است پنل‌ها را به شکلی طراحی کند که نصب و در صورت نیاز، برداشتن آنها امکان‌پذیر باشد. چنین رویکردی اهمیت زیادی دارد، زیرا خطوط راه‌آهن باید به طور مرتب برای تعمیر و نگهداری بررسی شوند.

اگر پنل‌ها به صورت دائمی و غیرقابل جداسازی نصب شوند، عملیات تعمیر ریل‌ها و تجهیزات زیرساختی می‌تواند دشوار و پرهزینه شود.

در مقابل، یک سامانه ماژولار و قابل جابه‌جایی می‌تواند این مشکل را کاهش دهد.

ایده اصلی این است که فضای بلااستفاده میان ریل‌ها به یک سطح تولید انرژی تبدیل شود، بدون آنکه زمین اضافی برای ساخت نیروگاه خورشیدی اختصاص پیدا کند. آیا راه‌آهن خورشیدی ایمن است؟

ایمنی یکی از مهم‌ترین چالش‌های این فناوری است. ریل قطار محیطی متفاوت از پشت‌بام یا زمین عادی برای نصب پنل خورشیدی است. قطارها با سرعت زیاد از روی مسیر عبور می‌کنند و ارتعاش، گردوغبار، سنگ‌ریزه، تغییرات دما و شرایط آب‌وهوایی می‌توانند بر عملکرد پنل‌ها تأثیر بگذارند.

یکی از نگرانی‌های مطرح‌شده درباره استفاده از پنل‌های خورشیدی در راه‌آهن، احتمال ایجاد ترک‌های ریز در آنهاست. چنین ترک‌هایی در صورت گسترش می‌توانند عملکرد پنل را کاهش دهند و حتی نگرانی‌هایی درباره ایمنی و آتش‌سوزی ایجاد کنند.

بازتاب نور نیز مسئله دیگری است. انعکاس شدید نور از سطح پنل‌ها می‌تواند در برخی شرایط برای رانندگان قطار آزاردهنده باشد یا دید آنها را تحت تأثیر قرار دهد.

Sun-Ways برای مقابله با این مشکلات، پنل‌هایی مقاوم‌تر از نمونه‌های معمولی مورد استفاده روی پشت‌بام طراحی کرده است. این پنل‌ها همچنین به فیلترهای ضدانعکاس مجهز هستند تا بازتاب نور کاهش پیدا کند. پنل‌های خورشیدی چگونه تمیز می‌شوند؟

تمیز نگه داشتن سطح پنل‌ها برای حفظ راندمان تولید برق اهمیت زیادی دارد. در نیروگاه‌های خورشیدی معمولی، تجهیزات و نیروهای خدماتی می‌توانند به پنل‌ها دسترسی داشته باشند و آنها را تمیز کنند. اما در یک مسیر ریلی فعال، دسترسی مستقیم به پنل‌ها دشوارتر است.

Sun-Ways برای حل این مشکل از سیستم‌های حسگر و تجهیزات نظارتی استفاده کرده است. همچنین طراحی سیستم به گونه‌ای است که برس‌هایی که در انتهای قطار نصب می‌شوند بتوانند در هنگام عبور، آلودگی‌های موجود روی سطح پنل‌ها را پاک کنند.

شرکت اعلام کرده است که در نخستین سال فعالیت پروژه آزمایشی، سامانه بدون نیاز به «نگهداری ویژه» به کار خود ادامه داده است.

این موضوع برای آینده فناوری اهمیت زیادی دارد؛ زیرا هزینه تعمیر و نگهداری می‌تواند یکی از عوامل تعیین‌کننده در اقتصادی بودن راه‌آهن‌های خورشیدی باشد. برق تولیدشده در راه‌آهن خورشیدی کجا مصرف می‌شود؟

در پروژه آزمایشی سوئیس، برق تولیدشده مستقیماً به شبکه برق منتقل می‌شود. اما هدف بعدی Sun-Ways این است که انرژی تولیدشده در پروژه‌های آینده مستقیماً در زیرساخت راه‌آهن مصرف شود.

این شرکت در حال بررسی راه‌هایی برای انتقال برق تولیدشده به پست‌های برق راه‌آهن یا حتی خطوط برق مورد استفاده قطارهاست.

اگر این هدف محقق شود، راه‌آهن خورشیدی می‌تواند یک گام فراتر از تولید برق پاک بردارد و بخشی از انرژی مورد نیاز خود شبکه ریلی را تأمین کند.

در چنین شرایطی، انرژی خورشیدی تولیدشده در همان محل تولید مصرف می‌شود و نیاز به انتقال برق در مسافت‌های طولانی کاهش پیدا می‌کند. ایتالیا مقصد بعدی راه‌آهن خورشیدی است

پس از نتایج مثبت پروژه سوئیس، Sun-Ways اکنون به دنبال توسعه فناوری خود در کشورهای دیگر است. این شرکت به تازگی قرارداد همکاری با یک شریک تجاری ایتالیایی امضا کرده است؛ شریکی که با زیرساخت ریلی ملی ایتالیا و شرکت Rete Ferroviaria Italiana ارتباط دارد.

بر اساس برنامه اعلام‌شده، قرار است در ماه‌های آینده جزئیات یک پروژه آزمایشی در ایتالیا منتشر شود.

ایتالیا می‌تواند محیط مناسبی برای آزمایش این فناوری باشد، زیرا بخش‌هایی از شبکه ریلی این کشور در مناطق آفتابی قرار دارند و تابش خورشید در بسیاری از نقاط آن برای تولید انرژی خورشیدی مطلوب است.

اگر پروژه ایتالیا موفق باشد، می‌تواند مسیر را برای استفاده گسترده‌تر از پنل‌های خورشیدی در خطوط ریلی اروپا هموار کند. راه‌آهن خورشیدی فقط به اروپا محدود نمی‌شود

برنامه Sun-Ways تنها به سوئیس و ایتالیا محدود نیست. این شرکت اعلام کرده که برای اجرای پروژه‌ای دیگر در کره جنوبی تأییدیه دولتی دریافت کرده است.

همزمان، مذاکرات با شرکت‌ها و سازمان‌هایی در کشورهای مختلف از جمله هلند، چین، هند و سنگاپور نیز در جریان است.

این گستردگی مذاکرات نشان می‌دهد ایده استفاده از خطوط راه‌آهن به عنوان زیرساخت تولید برق خورشیدی مورد توجه کشورهای مختلف قرار گرفته است.

در صورت موفقیت پروژه‌های اولیه، فناوری می‌تواند در مناطقی که شبکه‌های ریلی گسترده و تابش خورشیدی مناسب دارند، به یک گزینه جدید برای توسعه انرژی تجدیدپذیر تبدیل شود. آیا تمام خطوط راه‌آهن می‌توانند به نیروگاه خورشیدی تبدیل شوند؟

با وجود جذابیت این ایده، پاسخ ساده‌ای وجود ندارد. هر خط راه‌آهن شرایط خاص خود را دارد. میزان تابش خورشید، وجود سایه، برف، بارندگی، گردوغبار، نوع قطار، سرعت عبور، ساختار ریل و تجهیزات الکتریکی همگی می‌توانند بر عملکرد سیستم تأثیر بگذارند.

در برخی مناطق نیز ممکن است هزینه نصب و نگهداری پنل‌ها بیشتر از ارزش برق تولیدشده باشد. بنابراین احتمالاً راه‌آهن خورشیدی در همه مسیرها اقتصادی نخواهد بود.

مسیرهایی که تابش خورشیدی مناسب، فضای کافی، هزینه نگهداری پایین و دسترسی مناسب به شبکه برق دارند، احتمالاً گزینه‌های بهتری برای اجرای این فناوری خواهند بود. یک نیروگاه خورشیدی بدون نیاز به زمین جدید

یکی از بزرگ‌ترین مزایای راه‌آهن خورشیدی، استفاده از زیرساختی است که از قبل ساخته شده است. برای احداث نیروگاه خورشیدی معمولی به زمین نیاز است؛ زمینی که در برخی مناطق ممکن است برای کشاورزی، حفاظت از طبیعت یا توسعه شهری مورد استفاده قرار گیرد.

اما در مدل Sun-Ways، سطح میان ریل‌ها از قبل بخشی از زیرساخت راه‌آهن است. به این ترتیب، می‌توان بدون اشغال زمین جدید، ظرفیت تولید انرژی تجدیدپذیر را افزایش داد.

این موضوع به‌خصوص در کشورهای پرجمعیت یا مناطقی که زمین مناسب برای نیروگاه خورشیدی محدود است، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

البته این مزیت زمانی معنا پیدا می‌کند که هزینه نصب و نگهداری پنل‌های ریلی با هزینه تولید برق از نیروگاه‌های خورشیدی زمینی قابل رقابت باشد. آیا راه‌آهن خورشیدی آینده حمل‌ونقل اروپا است؟

راه‌آهن‌های خورشیدی هنوز در مرحله ابتدایی قرار دارند و نباید موفقیت یک پروژه آزمایشی را به معنای اثبات کامل اقتصادی بودن این فناوری دانست.

با این حال، نتایج پروژه سوئیس یک نکته مهم را نشان داده است: نصب پنل‌های خورشیدی در میان ریل‌های فعال از نظر فنی امکان‌پذیر است و می‌توان از این سطح برای تولید برق استفاده کرد.

تولید حدود ۱۶ هزار کیلووات‌ساعت برق در سال از یک پروژه تنها ۱۰۰ متری، در صورت تکرارپذیری در مقیاس بزرگ، می‌تواند ظرفیت قابل توجهی ایجاد کند.

از سوی دیگر، برآورد یک تراوات‌ساعت تولید سالانه برای کل شبکه ریلی سوئیس نشان می‌دهد که این فناوری در صورت توسعه گسترده می‌تواند به بخشی از سبد انرژی تجدیدپذیر کشور تبدیل شود.

ایتالیا اکنون می‌تواند مرحله بعدی این آزمایش باشد. اگر پروژه آزمایشی این کشور نیز نتایج مثبتی داشته باشد، احتمالاً توجه سایر کشورهای اروپایی به راه‌آهن خورشیدی افزایش خواهد یافت. آیا ریل قطار به نیروگاه خورشیدی تبدیل می‌شود؟

ایده تبدیل خطوط راه‌آهن به نیروگاه‌های خورشیدی ممکن است در نگاه اول عجیب به نظر برسد، اما آزمایش انجام‌شده در سوئیس نشان داده است که این فناوری می‌تواند از مرحله ایده فراتر برود.

در پروژه آزمایشی Sun-Ways، حدود ۱۰۰ متر از مسیر راه‌آهن با ۴۸ پنل خورشیدی پوشانده شد و سامانه با ظرفیت حدود ۱۸ کیلووات در نخستین سال نزدیک به ۱۶ هزار کیلووات‌ساعت برق تولید کرد.

در مقیاس بزرگ‌تر، این ارقام می‌توانند بسیار قابل توجه باشند. تنها در سوئیس، شبکه ریلی ۵۳۱۷ کیلومتری از نظر تئوری ظرفیت نصب پنل‌هایی معادل سطح حدود ۷۶۰ زمین فوتبال را دارد و برآورد شده است که چنین سیستمی بتواند سالانه حدود ۱ تراوات‌ساعت برق تولید کند.

البته چالش‌های ایمنی، هزینه، نگهداری، گردوغبار، بازتاب نور و تأثیر شرایط آب‌وهوایی همچنان باید به دقت بررسی شوند.

اکنون نگاه‌ها به ایتالیا دوخته شده است؛ جایی که Sun-Ways قصد دارد یک پروژه آزمایشی جدید اجرا کند. اگر این آزمایش نیز موفقیت‌آمیز باشد، احتمال آن وجود دارد که راه‌آهن خورشیدی از یک پروژه نوآورانه در سوئیس به فناوری مورد توجه در کشورهای مختلف اروپا و حتی آسیا تبدیل شود.

در آینده، ممکن است یک مسیر راه‌آهن تنها محلی برای عبور قطار نباشد؛ بلکه همزمان برق مورد نیاز خانه‌ها، ایستگاه‌ها و حتی خود شبکه حمل‌ونقل را نیز تولید کند. این ایده می‌تواند نمونه‌ای از استفاده هوشمندانه از زیرساخت‌های موجود برای افزایش ظرفیت انرژی پاک، بدون نیاز به اختصاص زمین‌های جدید باشد.