استخدام نظم القفز الشمسية لتلبية احتياجات المستشفى

مقدمة: الحاجة الماسة إلى قوة موثوقة في مرافق الرعاية الصحية

وتعمل المستشفيات على مدار الساعة، وتستهلك كميات هائلة من الكهرباء لمعدات دعم الحياة الكهربائية، ومواقع الجراحة، والتصوير التشخيصي، والإضاءة، ونظم HVAC، ومراكز البيانات، فخلافاً للعديد من المباني التجارية، يمكن أن تؤدي فقدان الطاقة اللحظية إلى تعريض سلامة المرضى، أو تعطيل الإجراءات الحرجة، أو إلى تقويض الأدوية الحساسة من حيث الحرارة، بينما تكون الكهرباء التقليدية، التي يمكن الاعتماد عليها عموماً، عرضة للهبوط الناجم عن العواصفات الناجمة عن العواصف أو إخفاقات في استخدام الطاقة الكهربائية أو الضغط على الطاقة الكهربائية، أو تكاليف التحكم في الطاقة.

وتوفر نظم الطاقة الشمسية للمستشفيات مسارا نحو استقلال الطاقة، وتحقيق وفورات في التكاليف على المدى الطويل، وتركيب بصمة بيئية أصغر، غير أن تصميم مجموعة شمسية في حرم المستشفى وتركيبها والحفاظ عليها يتطلب النظر بعناية في مطالب هيكلية وتشغيلية وتنظيمية فريدة، وتوفر هذه المادة دليلا شاملا لمديري المرافق وصانعي القرار الذين يقيّمون الفول السوداني لتلبية احتياجات المستشفى من الطاقة في المجمع.

الاستحقاقات الأولية لمجموعات الفولط الشمسي لمعسكرات المستشفيات

إن اعتماد الطاقة الشمسية يوفر مزايا متعددة تتجاوز الحد من التكلفة البسيطة، وكل استحقاق يعزز المهمة الأساسية للمستشفى المتمثلة في توفير رعاية عالية الجودة وغير متقطعة.

الوفورات المالية والعائدات على الاستثمار

فالمستشفىات من أكثر أنواع البناء كثافة في الطاقة، حيث تمثل تكاليف الطاقة في كثير من الأحيان ١-٣ في المائة من ميزانيات التشغيل، ويمكن لنظام الطاقة الشمسية المصمم جيدا أن يعوض ٢٠-٤٠ في المائة من استخدام الكهرباء في المجمع، مما يؤدي إلى وفورات قدرها ملايين الدولارات على مدى فترة بقاء الشبكة في النظام ٢٥-٣٠ سنة، كما أن الحوافز الاتحادية والحكومية، مثل نظام الائتمانات الضريبية للاستثمار في الولايات المتحدة، تسمح للمستشفيات بأن تطالب بما يصل إلى ٣٠ في المائة من تكاليف الائتمانات الضريبية.

الطاقة والقدرة على المساندة

ويجب أن تحتفظ المستشفيات بالطاقة الطارئة إلى أجل غير مسمى أثناء انقطاع الشبكات، وفي حين أن مولدات الديزل هي مُعَدَّدة، فإنها تعتمد على إمدادات الوقود التي قد تعطل أثناء الكوارث، ويمكن أن توفر نظم الطاقة الشمسية المقترنة بخزن البطاريات " احتياطيا جديدا " يوميا يقلل من سرعة تشغيل المولدات الكهربائية واستهلاك الوقود، وفي فترة انقطاع طويلة، يمكن أن تحتفظ هذه المركبات بالحمولات الحرجة التي تعمل لساعات أو أيام الزلازل، ولا سيما حتى تصل القدرة على استعادة الوقود.

الأثر البيئي والصحي العام

فالمستشفىات لها حتمية أخلاقية " أولا، لا تؤذي " ، إذ تهدر الكهرباء القائمة على الوقود الأحفوري، فإن الأشعة الشمسية تقلل من تلوث الهواء، الذي يرتبط بالربو وأمراض القلب والأوعية الدموية والأمراض التنفسية، ويستفيد من انخفاض الانبعاثات المجتمع المحيط، ولا سيما السكان الضعفاء الذين يعيشون بالقرب من مرافق الرعاية الصحية، علاوة على ذلك، فإن إظهار الالتزام بالاستدامة يعزز سمعة في المستشفيات ويجتذب المرضى والموظفين الذين يقدرون شبكات الرعاية البيئية.

الامتثال التنظيمي وفرص المنح

وتحتاج حكومات الولايات والحكومات المحلية بصورة متزايدة إلى مؤسسات عامة لخفض انبعاثات غازات الدفيئة، كما أن برنامج الطاقة الشمسية هو استراتيجية مثبتة لتحقيق هذه الأهداف، وبالإضافة إلى ذلك، توجد عدة منح وبرامج قروض منخفضة الفائدة خاصة بمرافق الرعاية الصحية التي تسعى إلى الحصول على الطاقة المتجددة، مثل برنامج الطاقة الريفية في أمريكا التابع للولايات المتحدة أو حوافز مكتب الطاقة الحكومي، كما يمكن أن يساعد التبني المبكر المستشفيات على إعداد رموز لتسعير الكربون في المستقبل أو أكثر صرامة.

التصميم الأساسي والنظر في المسائل التقنية

ولا يشكل تركيب الشمس في حرم المستشفى مشروعاً واحداً يناسب الجميع، ويجب أن يُعدّل النظام ليتعايش مع العمليات الطبية المعقدة، ومدونات السلامة الصارمة، وملامح الشحن المتغيرة.

تقييم الموقع وتحليل الموارد الشمسية

ويقيّم تقييم شامل للمواقع حالة السقف، والقدرة الهيكلية، والظلام من المباني أو الأشجار المتاخمة، والمنطقة الأرضية المتاحة، وغالبا ما تسكن أسطح المستشفيات وحدات HVAC، وفتحات العادم، والسوائب المصعدية، والمصابيح الساطحة، التي تقلل من المساحة الصالحة للاستخدام، كما ينبغي الاستعاضة عن المهندسين بسطح يقترب من نهاية حياتهم قبل تركيب اللوحات لتجنب الإبعاد الكلفة فيما بعد.

وتستخدم نماذج الموارد الشمسية بيانات الطقس التاريخية والصور الساتلية لتقدير إنتاج الطاقة السنوي، ومن الضروري أن تُحسب أدوات مثل [(FLT:0]) PVWatts Calculator تقديرات للمسافات الأولى، ولكن المحاكاة المفصلة (مثل استخدام درجة حرارة الهليو أو أو أو أو أورورا) لحساب أفضل إنتاج للحلقات وورقات اللوحات.

تحليل مواقع العمل وتوسيع النظام

وتتكون المستشفيات من فئتين متميزتين من الحمولات: الحمولات الحرجة التي تتطلب طاقة غير قابلة للانفصال )الأمان على الحياة، والمعدات الطبية، ومراكز البيانات( والحمولات غير الحرجة )الإضاءة العامة، والراحة في مجال الخدمة المدنية، والمقصف الكافي(، وتستهدف نظم الفلفل الكهربي الشمسية عادة تعويض جزء من الحمولات غير الحرجة، مما يقلل من تكلفة الطلب التي تُفرض على المرافق في فترة الدعم، ويجب على المهندسين أن يحم ِّلين القدرة على البطاريات.

Energy Storage Integration

إن نظم تخزين الطاقة في البطاريات ضرورية لتحقيق أقصى قدر من الاستهلاك الذاتي الشمسي وتوفير الطاقة الاحتياطية، فبطاريات الليثيوم -يون، ولا سيما الفوسفات الحديدي الليثيوم، أصبحت المعيار الذي يُعزى إلى خصائص السلامة، وحياة الدورة، وكثافة الطاقة، أما بالنسبة لمعسكرات المستشفيات، فإن نظم البطاريات تُوضع عادة في مناطق مخصصة للشحن المكيف مع الهواء أو تُعاد استخدامها.

الربط بين الشبكات وشبكة القياس

وتوضح الاتفاقات المشتركة مع المرافق المحلية الاحتياجات التقنية للتزامن، ومكافحة الهبوط، ونوعية الطاقة، وكثيرا ما تنظر المستشفيات في " عدم وجود مقياس " للطاقة الشمسية التي تخدم حمولات الحرم الجامعي مباشرة، مع أي فائض يُصد َّر إلى الشبكة، وتختلف سياسات القياس الصافي حسب الدولة والفائدة؛ ويمنح بعضها ائتمانا كاملا للتجزئة بالنسبة للصادرات، بينما لا يقدم آخرون سوى معدلات للصادرات أكبر من حيث التكلفة.

الهياكل الأساسية الهيكلية والكهربائية

ويجب أن تدعم سقف المستشفيات الحمولة الميتة الإضافية من الألواح الشمسية )من ٣ إلى ٥ كيلو متر مربع للنظم المفلورة( وإذا لم يتم تعزيز إطار السقف، قد يلزم تحسين التحديث الهيكلي، وعلى الجانب الكهربائي، تحول المحولات الشمسية طاقة DC إلى محارق قابلة للاختراق على الشبكة، فإن المحاورين الميكانيكيين للصدمات هم من الناحية الاقتصادية ولكنهم عرضة لخسائر جزئية في التصريف؛ وتوفر أجهزة رصد مصغرى ومواقع الكهرباء المزودة.

السلامة والامتثال والحواجز التنظيمية

وتعمل المستشفيات في إطار متطلبات أكثر صرامة من معظم المباني التجارية، ويجب ألا تؤدي المنشآت الشمسية إلى تقويض سلامة المرضى أو عمليات المرافق.

السلامة من الحرائق والاستجابة في حالات الطوارئ

ويمكن أن تعوق صفائف الطاقة الشمسية المجهزة بالرقائق وصول المدافع إلى السقف والضوءات، وتشمل الرابطة الوطنية لحماية الحرائق )٠٧( المدونة الكهربائية الوطنية متطلبات الإغلاق السريع للنظم الشمسية للحد من مخاطر الكهرباء، كما أن العديد من الولايات القضائية المحلية تحتاج أيضا إلى " طريق للوصول إلى النار " على طول المحيط السقفي الذي يتراوح بين ٣ و٤ أقدام دون وجود لوحات، ويجب على المستشفيات أن تنسق مع إدارة الطوارئ المحلية أثناء التصميم.

مكافحة الأمراض والأخطار البيولوجية

وأي عمل على سطح المستشفى يعرض مخاطر الحطام الذي يسقط في فناء أو في متناول الهواء أو في مناطق المرضى، ويجب أن يتم بعناية البناء خلال ساعات التشغيل تجنباً للتراب والتمزق، وبعد التركيب، يمكن لزراعة الطيور تحت الألواح أن تخلق مشاكل في المرافق الصحية - كثيراً ما تكون هناك حاجة إلى المسامير أو الحواجز المشرقية، وبالإضافة إلى ذلك، تحتوي الأفرقة الفلفلائية نفسها على كميات صغيرة من المواد الخطرة (الجلد والكادميوم)؛ ويجب أن يُ التخلص في نهاية الحياة يمتثل للأنظمة الخطرة.

Seismic and Wind Load Compliance

وفي المناطق المعرضة للزلازل، يجب تصميم ملحقات هيكلية لتحمل قوات الزلازل في المنطقة الجنوبية الشرقية من القرن الماضي، وبالمثل، تتطلب المستشفيات في مناطق الأعاصير لوحات وضربات عالية الارتفاع بالريح، ويجب ألا يعرقل التركيب مقاومة السطح الارتفاعية، حيث يمكن أن يصبح الفريق المفصل قذيفة خطيرة.

اعتماد الحد من المرض والرعاية الصحية

وتتطلب معظم المنشآت الشمسية تصاريح للبناء، وتصاريح كهربائية، وأحيانا تصاريح للاستخدام المشروط للنظم الأرضية، ويجب أيضا على المستشفيات المعتمدة من اللجنة المشتركة أن تضمن عدم انتهاك التركيب الشمسي لشروط مدونة السلامة على الحياة، ومن المستصوب أن تبحر شركة هندسية شمسية لديها خبرة في مرافق الرعاية الصحية هذه التعقيدات.

التحليل المالي: إصدار قضية الأعمال التجارية

وتحتاج منظمات المستشفيات المالية إلى تبرير مالي قوي للمشاريع الرأسمالية، ويمكن هيكلة برنامج الطاقة الشمسية من خلال نماذج مختلفة للملكية.

مباشرة الملكية مع التمويل

ويمكن للمستشفيات أن تشتري النظام مباشرة أو تموله بقرض، ونظرا لحالة الإعفاء الضريبي للمستشفيات غير الربحية، فإنها قد لا تستفيد استفادة كاملة من الائتمانات الضريبية الاتحادية مباشرة؛ غير أنها تستطيع أن تشرك مستثمرا في الأسهم الضريبية من خلال هيكل نقابي أو إعادة بيع، وكثيرا ما تستخدم مستشفيات كثيرة غير ربحية اتفاقات شراء السلطة التي لا يحتاج فيها مطور ثالث إلى تركيبات واستعادة الكهرباء الثابتة.

الفترة الحالية

وقد يكلف نظام نموذجي يبلغ ٥٠٠ كيلوواط ١,٠ مليون دولار - ٥ مليون دولار تم تركيبه )مبادرة إلى الحفز(، ويولد ٧٠٠ مليون دولار سنويا، ويوفر ٠٠٠ ٨٠ دولار - ٠٠٠ ١٢٠ دولار سنويا في تكاليف الكهرباء، حيث أن نسبة استهلاك الطاقة من الطاقة من الطاقة تتراوح بين ٣٠ في المائة و ٥ سنوات )متاحة للكيانات الخاضعة للضريبة(، يمكن أن تقل معدلات السداد بعد الضرائب عن ٥ سنوات.

برامج المنح وإعادة التأهيل

وهناك برامج عديدة في الاتحاد والولايات والفوائد تدعم مشاريع الطاقة الشمسية في المستشفيات، ومن الأمثلة على ذلك منح برنامج المساعدة على الطاقة الشمسية التابع لوزارة الطاقة (نحو 50 في المائة من تكاليف المشاريع في المستشفيات الريفية)، وبرامج خاصة بكل ولاية مثل برنامج كاليفورنيا للحوافز الذاتية للتخزين، وتمويل مكتب تكنولوجيات الطاقة الشمسية التابع لوزارة الطاقة، وينبغي للمستشفيات البحث عن موارد في قاعدة بيانات DSIRE[FLT:].

دراسات الحالة الحقيقية في العالم للمستشفى

وقد أثبتت عدة مؤسسات للرعاية الصحية أن نظم الطاقة الشمسية يمكن إدماجها بأمان وربحية في عمليات المستشفيات.

مركز سانيبروك للعلوم الصحية (تورونتو، كندا)

ويتكون أكبر تركيبات الطاقة الشمسية في المستشفيات الكندية من ٥٠٠ ١ فريق يولد حوالي ٤٥٠ مليون دولار سنويا، ويقابل هذا النظام ما يكفي من الكهرباء لتوليد ٥٠ منزلا لمدة سنة، ويخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار ١٠٠ طن سنويا، ويستخدم سونيبروك مزيجا من المنح واتفاقا لشراء الطاقة لتمويل المشروع بتكلفة أولية صفرية.

عيادة كليفلاند (أوهايو، الولايات المتحدة الأمريكية)

وقد نشرت عيادة كليفلاند صفائف شمسية عبر عدة معسكرات، بما في ذلك تركيب ٢,٤ ميغاواط في حرمها الرئيسي، ويوفر هذا النظام حوالي ٧ في المائة من الطلب على الكهرباء في الحرم الجامعي ويساعد العيادة على تحقيق هدفها المتمثل في خفض انبعاثات غازات الدفيئة بنسبة ٣٠ في المائة بحلول عام ٢٠٣٠، وقد تم تمويل المشروع جزئيا من خلال معيار كفاءة الطاقة في أوهايو PUC وحافظة الطاقة المتجددة.

كايزر لوند (كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية)

وفي إطار استراتيجية الطاقة المتجددة الأوسع نطاقا، قام كايزر لدونغ بتركيب لوحات شمسية على عشرات مراكزه الطبية، ويستخدم النظام الصحي الطاقة الشمسية في الموقع، إلى جانب عمليات شراء كبيرة خارج الموقع من أجل تحقيق حياد الكربون منذ عام 2020، وتبين تجربتها أن سلاسل المستشفيات يمكن أن تضخ الطاقة الشمسية من خلال نهج مركزي للشراء.

معهد العلوم الطبية في الهند (الرابطة الدولية لعلوم المحيطات، نيودلهي)

وتشهد الآن عدة معسكرات في نظام الرصد الدولي على سطح الأرض نظماً للفولط الشمسي تتراوح بين 100 كيلوواط و500 كيلوواط، وتخفض هذه المنشآت الاعتماد على الشبكة التي كثيراً ما لا يمكن الاعتماد عليها، وتخفض تكاليف الكهرباء بنسبة 15 إلى 20 في المائة، وتوفر خطة الحكومة الهندية الشاملة للمستشفيات إعانات رأسمالية، مما يجعل المشاريع قابلة للاستمرار مالياً.

العمليات والصيانة (العملية الجارية)

وتشمل منظمة " سولار أوم " للمستشفيات تنظيفا منتظما (لا سيما في المناطق الغبارية أو المثلجة)، وعمليات التفتيش الكهربائية السنوية، واختبارات القدرة على البطاريات، وإدارة النباتات، وتصدر معظم الوحدات الشمسية مذكرة أداء مدتها 25 سنة، وأجهزة للكشف عن أوامر مرور 10-15 سنة، وينبغي أن يكون من الممكن لمديري المرافق أن يطلعوا على لوحة رصد على تقارير الأداء بسرعة 24/7.

الاتجاهات المستقبلية: العقد المقبل للمستشفى

وسيؤدي الابتكار في مجال التكنولوجيا الشمسية وإدارة الطاقة إلى زيادة عرض القيمة للمستشفيات.

متطوعو البناء والوزن الخفيف

ويمكن تطبيق الرش ومرونة الطول الشمسي على سقف المعادن الثابتة دون اختراق النسيج، مما يقلل من مخاطر التركيب، ويمكن للألواح الثنائية التي تلتقط ضوء الشمس من كلا الجانبين أن تعزز إنتاج الطاقة بنسبة تتراوح بين 10 و 20 في المائة على السقف الأبيض أو الجبال الأرضية ذات السطح المحتوي على أسطح مضاءة خفيفة.

أجهزة التحكم المتقدّمة والدقيقة

وتتطور نظم تخزين الطاقة الشمسية إلى شبكات مجهرية قادرة على التسويق من الشبكة أثناء حالات الطوارئ، ويمكن لبرامجيات متقدمة لإدارة الطاقة أن تحقق أقصى قدر من إرسال البطاريات استنادا إلى معدلات الاستخدام ورسوم الطلب والتنبؤات الجوية، كما يمكن للمستشفيات أن تشارك في برامج الاستجابة للطلبات، وتكسب الإيرادات بتقليص الحمولة أو بطاريات التصريف أثناء فترة الإجهاد التي تصيب شبكة الذروة.

الحرارة الشمسية للثدييات العالية التمرين

فبخلاف الكهرباء، يمكن للنظم الحرارية الشمسية أن تُستبق المياه في المغسلة، وغسل الأطباق، ومستهلكي الطاقة الماجستير في المياه الساخنة في المستشفيات، ويمكن أن يؤدي الجمع بين شبكات الطاقة الشمسية الحرارية إلى زيادة تحسين الكفاءة العامة.

إنتاج الهيدروجين الأخضر

ويمكن للكهرباء الشمسية الفائضة أن تولد الكهرباء الكهربائية لإنتاج الهيدروجين الأخضر، المخزنة والمستخدمة لاحقا في خلايا الوقود من أجل الطاقة الاحتياطية أو مركبات الأسطول، وفي حين أن المشاريع التجريبية باهظة التكلفة حاليا، فإنها تستكشف هذا الحل على المدى الطويل لمرونة الطاقة في المستشفيات.

خاتمة

وتوفر النظم الضوئية الشمسية حلاً قاهراً لاحتياجات الطاقة في حرم المستشفيات، وتحقيق وفورات مالية، وتعزيز القدرة على التكيف، والفوائد البيئية، وفي حين أن التحديات المتعلقة بالتصميم والتنظيم كبيرة، فإنها يمكن التغلب عليها مع الشركاء ذوي الخبرة والتخطيط المتأن، ولا تحمي المستشفيات من خلال اعتماد الطاقة الشمسية خطها الأدنى فحسب، بل تعزز أيضاً مهمتها المتمثلة في حماية صحة الإنسان داخل جدرانها وفي المجتمع الأوسع نطاقاً.
وللإرشادات الإضافية، يمكن للمستشفيات أن تتشاور مع الموارد من U.S. Department of Energy’s Solar in Healthcare initiative] و]Practice Greenhealth network]].

استخدام نظم القفز الشمسية لتلبية احتياجات المستشفى

Table of Contents