روش های استفاده از انرژی خورشیدی

[poya]

خورشید یکی از منابع مهم تجدیدناپذیر انرژی است که به فناوری های پیشرفته و پرهزینه نیاز ندارد و می تواند به عنوان یک منبع مفید و تامین کننده انرژی در بیشتر نقاط جهان به کار گرفته شود.

وابستگی شدید جوامع صنعتی به منابع انرژی، به ویژه سوخت های نفتی و به کارگیری و مصرف بی رویه آنها سبب شده، این منابع که در قرن های متمادی در زیر لایه های زیرین زمین تشکیل شده، تخلیه شود.انرژی های فسیلی مانند نفت و زغال سنگ پایان پذیر و تجدیدناپذیر هستند، اما انرژی های نو یا جانشین از جمله باد، آب و خورشید چنین نیستند. خورشید یکی از منابع مهم تجدیدناپذیر انرژی است که به فناوری های پیشرفته و پرهزینه نیاز ندارد و می تواند به عنوان یک منبع مفید و تامین کننده انرژی در بیشتر نقاط جهان به کار گرفته شود. استفاده از این انرژی برخلاف انرژی هسته ای، خطری ندارد و برای کشورهای فاقد منابع انرژی زیرزمینی، مناسب ترین راه برای دستیابی به نیرو و رشد و توسعه اقتصادی است. هم اکنون از انرژی خورشیدی به وسیله سیستم های مختلف و برای اهداف گوناگون استفاده و بهره گیری می شود که مهمترین آنها سیستم های فتوبیولوژیک، شیمی خورشیدی (Helio Chemical)، گرمای خورشیدی (Helio Thermal)، برق خورشیدی (Helio Electrical)، سیستم های فتوشیمیایی، سیستم های فتوولتاییک، سیستم های حرارتی و برودتی هستند.

● انرژی خورشید به کمک آیندگان می شتابد

نیروگاه های خورشیدی که انرژی خورشید را به برق تبدیل می کنند، در آینده با مزیت هایی که در برابر نیروگاه های فسیلی دارند، مشکل برق و تا حدودی مشکل کم آبی را به ویژه در دوران تمام شدن نفت و گاز حل خواهند کرد و به طور مسلم تاسیس و به کارگیری برج های نیرو، زمینه لازم را برای خودکفایی و قطع وابستگی کشور فراهم خواهد کرد.

تولید برق بدون مصرف سوخت، نیاز نداشتن به آب فراوان، آلوده نکردن محیط زیست، استهلاک کم و عمر زیاد از مزیت های بارز برج های نیرو و نیروگاه های خورشیدی نسبت به نیروگاه های فسیلی و اتمی است.

● لزوم استفاده از انرژی خورشیدی

ایران با آن که یکی از کشورهای نفت خیز جهان و دارای منابع عظیم گاز طبیعی است، به دلیل شدت تابش خورشید در بیشتر نقاط کشور، می تواند صرفه جویی مهمی در مصرف سوخت های فسیلی داشته باشد. فناوری ساده، کاهش آلودگی هوا و محیط زیست و از همه مهمتر ذخیره شدن سوخت های فسیلی برای آینده یا تبدیل آنها به مواد پردازش با استفاده از تکنیک پتروشیمی، از دلایل لزوم استفاده از انرژی خورشیدی در کشور هستند.با افزایش قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شدند، به استفاده از انرژی های جانشین جدی تر بیندیشند و این نگرش پس از انقلاب اسلامی ایران، وسعت بیشتری یافت. کشورهای صنعتی به این نتیجه رسیده اند که با بهینه سازی مصرف انرژی در صنایع و ساختمان ها، مصرف انرژی را می توان ۳۰ تا ۴۰ درصد کاهش داد.ایران یکی از پنج کشور مصرف کننده بالای مواد نفتی در جهان و در میان کشورهای اوپک، بزرگ ترین مصرف کننده فرآورده های نفتی است.

با توجه به رشد مصرف انرژی بالای ۵ درصدی در ایران می توان گفت که هر ۱۰ سال مصرف انرژی کشور دو برابر می شود. با این روند و با توجه به افت فشار چاه های نفت و مشکلات حفاری، استخراج و سرمایه گذاری، نمی توان امیدوار بود که پس از دو دهه نیازهای موجود کشور بر طرف شود. با این اوصاف این سئوال مطرح می شود که آیا تولید انرژی، پاسخ گوی نیازها خواهد بود؟ و اگر هم باشد مازادی برای صدور نفت و به دست آوردن ارز خواهیم داشت؟بررسی های بانک جهانی حاکی است که اگر کشورهای در حال توسعه، سیاست های بهینه سازی مصرف انرژی را به کار می گرفتند، تا سال ۱۹۹۰ می توانستند ۴ میلیون بشکه در روز صرفه جویی کنند. کارشناسان معتقدند با استفاده از سیاست های بهینه سازی مصرف انرژی، ضمن کاهش مصرف انرژی منافعی مانند: کاهش آلودگی هوا به ویژه در شهرهای بزرگ، صرفه جویی در سرمایه گذاری در ساخت نیروگاه ها، پالایشگاه ها و سیستم گازرسانی به میزان میلیاردها دلار در سال، طولانی شدن عمر ذخایر نفتی، ایجاد اشتغال در کشور، کم هزینه بودن و نگهداری آسان، عاید کشور خواهد شد. ناگفته نماند با احتساب مصرف بیش از یک میلیون بشکه معادل نفت در روز، بیش از یک میلیارد دلار درآمد ارزی در سال نصیب کشور خواهد شد.

ایران با عرض جغرافیایی ۲۵ تا ۴۵ شمالی در منطقه مناسبی برای دریافت انرژی خورشیدی قرار دارد. میزان انرژی ای که زمین در یک ساعت از خورشید دریافت می کند، بیش از انرژی مصرفی جهان در یک سال است. انرژی خورشیدی با بهره گیری از روش ها و وسایل ویژه به تولید برق با استفاده از حرارت خورشید می پردازد که حرارت نیز پس از گذار از یک یا چند مرحله به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. پاک بودن این سیستم، توجه بسیاری از کشورها و دولت های جهان را به خود معطوف کرده تا آنجا که انگلستان اخیراً با الزامی کردن استفاده از صفحات خورشیدی در ساختمان های در حال ساخت، گامی بلند و موثر در بهینه سازی مصرف انرژی برداشته است. از هنگامی که منابع هیدروکربور و زغال سنگ چرخه تولید انرژی را در دست گرفت، به واسطه ارزان و در دسترس بودن آن از توجه به انرژی کاسته شد. در ایران، ارزانی و فراوانی بیش از حد هیدروکربور سبب شده تا به انرژی خورشیدی توجه کمتر مبذول شود.با پیش آمدن بحران شدید نفتی در سال ۱۹۷۳ و لجام گسیختگی بازار و پیش آمدن شرایطی که به تهدید صنعت جهان می انجامید، ناگهان توجه دوباره به انرژی های تجدیدپذیر و انرژی خورشید معطوف شد.مهندس زارعی، مدیر گروه انرژی خورشیدی معاونت انرژی های وزارت نیرو در این باره می گوید: هم اینک چند نیروگاه با بهره برداری از نیروی خورشید انرژی تولید می کنند و در دست ساخت و بهره برداری هستند که به واسطه این طرح ها ایران در زمره معدود کشورهای دارای فناوری ساخت نیروگاه های خورشیدی قرار گرفته است.

نیروگاه های خورشیدی دارای انواع گوناگون و تفکیک پذیر هستند: نیروگاه هایی که مستقیم با دریافت انرژی خورشید آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند و نیروگاه هایی که پس از دریافت انرژی خورشید آن را به گرما و پس از گذشت یک روند خاص، به الکتریسیته تبدیل می کند.سیستم هایی که از انرژی خورشید بهره می برند، شامل سیستم فتوولتایی (PV) و سیستم های گرما شیمیایی، تولید هیدروژن از انرژی خورشید است. در سیستم فتوولتایی که در اصل برای کاربردهای فضایی ابداع و تکمیل شده بودند، انرژی نوری را مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. این فناوری براساس این نظریه «اثر فتوالکتریک» اینشتین شکل گرفته که نور سبب می شود الکترون ها از هم جدا شوند. توسعه PV برای کاربردهای زمینی در هنگام نخستین بحران نفت در دو زمینه بسیار متفاوت آغاز شد: یکی در زمینه فناوری های تمرکزی است که در آن کاهش هزینه ها با استفاده از جانشینی سطح PV به وسیله سطح عدسی صورت می گیرد و دیگری برای کاهش هزینه های مدول های PV با استفاده از ساخت صنعتی با حجم زیاد است.

در سیستم های گرماشیمیایی و نورشیمیایی نیز از انرژی خورشید برای القای واکنش های شیمیایی استفاده می کنند تا کیفیت محصولات موجود را افزایش دهند یا محصولات کاملاً جدیدی را بسازند. گرما شیمیایی به استفاده از گرما برای رانش واکنش ها اطلاق می شود و نور شیمیایی به استفاده مستقیم فوتون ها مانند بخش ماورای بنفش طیف خورشید اطلاق می شود. تولید هیدروژن از انرژی خورشید نیز به توجه ویژه نیاز دارد، زیرا هیدروژن سوخت تمام نشدنی و سازگار با محیط است.

● دستیابی به پیچیده ترین نوع نیروگاه خورشیدی؛ افتخار بزرگ ایرانیان

خورشید منبع تمام انرژی ها است. هم اکنون در دنیا تحقیق روی فناوری استفاده از انرژی خورشیدی به سرعت در حال رشد است. استفاده از این نوع انرژی را به طور محدود می توان در آبگرمکن های خورشیدی مشاهده کرد که اکنون در ایران نیز رواج یافته است. اگرچه قیمت این نوع آبگرمکن ها بسیار بالاست، اما به نظر می رسد با تولید انبوه آن بتوان مقداری از هزینه های تولید را کاست و این کالا را با قیمت ارزان تری به دست مصرف کننده رساند. انواع دیگر استفاده از انرژی خورشیدی وجود دارد که اکنون به وفور یافت می شوند مانند ماشین حساب های خورشیدی و... اما مهم ترین نوع استفاده از انرژی خورشیدی به صورت گسترده در نیروگاه های خورشیدی است که در دو نوع سهموی خطی و فتوولتاییک هستند. گذشته از ویژگی و تفاوت های این نوع نیروگاه ها، باید گفت در حال حاضر تولید برق از انرژی خورشیدی با قیمتی در حدود ۳۰۰ دلار به ازای هر کیلووات ساعت تمام می شود. تاکنون در دنیا کشورهای آمریکا، آلمان، اسپانیا و اخیراً نیز ایران به فناوری طراحی و ساخت پیچیده ترین نوع نیروگاه خورشیدی دست یافته اند. قرار گرفتن ایران در میان این کشورها خود افتخار بزرگی است که نصیب متخصصان کشور شده است.

● انرژی خورشیدی؛ نیازها و محدودیت ها

برخی انرژی های تجدیدپذیر را تنها امید بقای کره زمین دانسته اند، در حالی که عده ای آن را منبعی حاشیه ای با ظرفیت محدود به حساب می آورند. از سویی منابع سوخت فسیلی پایان پذیر و تجدیدناپذیر است و باید از انرژی های تجدید پذیر که به رغم منابع فسیلی، منافع زیست محیطی فراوانی در بردارد بیشتر بهره جست. انرژی خورشیدی، نتیجه فرآیند پیوسته هم جوش هسته ای در خورشید است و هم اکنون کل منبع انرژی خورشیدی ۱۰ هزار برابر مصرف انرژی کنونی بشر است اما اندک بودن شدت این توان و تنوع زمانی و جغرافیایی آن، مشکلات عمده ای را فراهم کرده که سهم این انرژی را در برابر کل انرژی محدود می کند.

با این حال، در کشورهایی که هزینه انرژی معمولی به دلیل مالیات زیاد است و دولت تلاش زیادی برای ترغیب مردم به استفاده از انرژی خورشیدی می کند، بازار برای سیستم های حرارتی خورشیدی کم دما رونق دارد. با آن که کل منبع انرژی خورشیدی این امکان بالقوه را دارد که سهم عمده ای در تامین انرژی جهانی در آینده داشته باشد، دلایل زیادی وجود دارد که سهم استفاده از آن را در ۲۰ سال آینده بسیار محدود می کند. اهمیت این محدودیت، همراه با الگوهای مصرف و اولویت های ملی تغییر می یابد. یکی از محدودیت های عمده در استفاده از انرژی خورشیدی، عدم کارآیی اقتصادی سیستم های خورشیدی اولیه در برابر سیستم های تکامل یافته با سوخت فسیلی است که با افزایش قیمت سوخت های معمولی و اقتصادی تر کردن دستگاه های خورشیدی با حجم تولید بیشتر، گرایش به استفاده از این گونه انرژی را می توان شتاب بخشید.

در کنار محدودیت های اقتصادی لازم است انرژی خورشیدی و مزیت های استفاده از آن را با آموزش در محتوای فرهنگی زندگی مردم و به منظور ارتقای سطح آگاهی آنان وارد ساخت که به سرمایه گذاری و توجه دولت به بخش خصوصی نیاز دارد. محور دیگر معادله اجتماعی انرژی خورشیدی، توسعه مهارت های فنی در میان طراحان، نصابان و تعمیرکاران بسیاری از دستگاه هایی است که به طور وسیع در سراسر جهان توزیع می شوند. با توجه به دورنمای فراگیری انرژی خورشیدی و با توجه به کل سرمایه در دسترس برای سرمایه گذاری در انرژی خورشیدی که در ۳۰ سال آینده به ۱۰ درصد کل سهام انرژی جهان محدود خواهد شد، به این نتیجه می توان رسید که انرژی خورشیدی دست کم زودتر از سال ۲۰۲۰ نمی تواند جانشین اصلی انرژی سوخت های فسیلی شود.

کشورها نیز در زمینه سرمایه گذاری در این بخش با محدودیت روبه رو هستند و روشی که برای کاهش این محدودیت ها می توان به آن اشاره کرد، جذب سرمایه بخش خصوصی و استفاده از آن بخش از بودجه دولتی است که برای سرمایه گذاری در انرژی خورشیدی اختصاص داده شده است که بسیاری از کشورها با کاربست این روش به موفقیت هایی دست یافته اند و در کشور ما نیز باید شرایط حضور بخش خصوصی فراهم و اقدام های لازم برای جذب بخش خصوصی انجام شود. آلمان که با پیامدهای افزایش شدید بهای نفت دست به گریبان بوده و برنامه تولید انرژی هسته ای خود را نیز کنار گذارده است، هم اکنون درصدد گسترش دادن نیروگاه های بسیار بزرگ است. اخیراً بزرگ ترین نیروگاه خورشیدی در این کشور گشایش یافت. این نیروگاه که در جنوب شهر لایپزیک و در شرق این کشور قراردارد با ۳۳هزار و ۵۰۰پانل فتوولتاییک حدود ۵ مگاوات ساعت برق تولید می کند. این نیروگاه قادر است برق ۱۸۰۰ خانوار را تامین کند. براساس ارزیابی سازمان انرژی خورشیدی آلمان، مجموع ظرفیت تولید آماده در سال جاری به ۳۰۰ مگاوات رسیده که دو برابر ظرفیت تولید پیشین در این کشور است.

هم اکنون نگرانی های فراوانی در زمینه توانایی کشورها در یافتن منابع سرمایه ای به منظور تامین نیازهای مالی توسعه استفاده از این نوع انرژی در دهه های آینده وجود دارد که این معضل در کشورهای در حال توسعه شدیدتر است. اما به نظر می رسد با ایجاد سرمایه گذاری های کلان و سریع در این زمینه، مشارکت بخش خصوصی در این گونه طرح ها و مهم تر از همه ارتقای سطح فرهنگی کشور برای استفاده از انرژی های جانشین (تجدیدپذیر) تا چند سال آینده، دستیابی به این هدف مهم چندان دور نباشد.