روشنایی خورشید

 محمد علی‌نژاد: کنفرانس اقلیمی پاریس که از 30 نوامبر تا 12 دسامبر 2015 برگزار شد، بیست‌ویکمین کنفرانس سالانه طرف‌های معاهده کنوانسیون تغییرات آب‌وهوایی سازمان ملل متحد از سال 1992 و یازدهمین ملاقات پیمان کیوتو بود. نمایندگان 195 کشور شرکت‌کننده در این کنفرانس در پایان به این توافق رسیدند که چارچوب سازمان ملل را در زمینه تغییرات اقلیمی از راه حفظ افزایش میانگین دمای جهانی پایین‌تر از دو درجه سانتی‌گراد بالای میانگین دوران پیشا‌صنعتی اجرا کنند و از خطرات و عوارض ناشی از تغییرات اقلیمی بکاهند. یکی از مهم‌ترین راه‌های رسیدن به این هدف کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای بوده و در این مسیر دوری جستن از انرژی‌های فسیلی و استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر نقش بسزایی دارد. هرچند با روی کار آمدن دونالد ترامپ به عنوان رئیس‌جمهور جدید ایالات متحده یکی از بزرگ‌ترین کشورهای منتشرکننده گازهای گلخانه‌ای از این پیمان کنار کشید ولی بقیه کشورهای عضو این پیمان گام‌های محکمی را در راستای تحقق این قرارداد برداشته‌اند. خبر امضای قرارداد 5 /2 میلیارد‌ یورویی شرکت نروژی ساگا انرژی با یک شرکت ایرانی برای سرمایه‌گذاری 5 /2 میلیارد یورویی در زمینه انرژی خورشیدی نشان داد که کشورهای اروپایی بدون توجه به درخواست رئیس‌جمهور آمریکا مبنی بر منزوی کردن ایران، به تلاش خود برای همکاری با ایران در راستای اهداف خویش ادامه می‌دهند. لارس نوردرام، سفیر نروژ در ایران که در خانه خود در تهران میزبان مراسم امضای قرارداد میان شرکت «ساگا انرژی» نروژ و «امین انرژی» ایران بود، در این‌باره اعلام کرد: «نروژ کاملاً به توافق هسته‌ای پایبند است و این موضوع نشان می‌دهد که ما این گشایش ایجادشده را بسیار جدی گرفته و خیلی زود شاهد سرمایه‌گذاری‌های بیشتری در ایران خواهیم بود.» این دو شرکت قرار است برای نصب دو گیگاوات پنل خورشیدی در چند سایت مختلف در مناطق کویری مرکز ایران با هم همکاری کنند. تامین مالی این پروژه انرژی خورشیدی جدید را کنسرسیومی از سرمایه‌گذاران بخش خصوصی و دولتی اروپایی بر عهده دارد و از طرف یک صندوق ضمانت دولتی وابسته به دولت ایران حمایت می‌شود. از سوی دیگر گاوت استینکوپف، مدیر بخش توسعه شرکت نروژی ابراز امیدواری کرد با تاسیس کارخانه‌ای برای ساخت پنل‌های خورشیدی در ایران، شاهد اشتغال‌زایی نیز باشیم.

لزوم استفاده از انرژی خورشیدی در کشور

گسترش روزافزون جمعیت و روند صنعتی شدن کشورهای جهان موجب استفاده بیشتر از منابع انرژی شده است. از سوی دیگر افزایش میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای و محدود بودن منابع انرژی فسیلی منجر به این شده تا دولت‌ها به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر روی بیاورند. در طول تاریخ، پیشرفت تمدن صنعتی بشر تا حد زیادی بر اساس انرژی بنا شده است و همچنین هر چه جوامع انسانی در مسیر پیشرفت گام برمی‌دارند، نیاز آنها به انرژی نیز افزایش می‌یابد. کشورهای مختلف از یک‌سو به دنبال منابع انرژی ارزان‌ترند و از سوی دیگر در راستای کاهش میزان انتشار کربن فعالیت‌های خود را باید در چارچوبی انجام دهند که به محیط زیست آسیب کمتری برساند. همین موضوع لزوم استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر را بیشتر نشان می‌دهد. در این میان انرژی خورشیدی به سبب وضعیت جغرافیایی کشور بیشتر از سایر انرژی‌های نو مورد توجه قرار گرفته است. انرژی‌های مختلف مزایا و معایب متفاوتی دارند. انرژی‌های فسیلی از یک‌سو در حال اتمام بوده و از سوی دیگر با ایجاد آلودگی‌های فراوان موجب تغییرات اقلیمی نگران‌کننده‌ای در سطح جهانی شده‌اند. این در حالی است که مصرف انرژی الکتریکی با سرعت روزافزون در حال افزایش است و باید این نیاز جوامع بشری را با احداث نیروگاه‌های تولید برق تجدید‌پذیر پاسخ داد.

فناوری خورشیدی به دو دسته نیروگاهی و غیرنیروگاهی تقسیم می‌شود. نیروگاه‌های خورشیدی نیروگاه‌هایی هستند که منبع انرژی آنها خورشید است. خورشید که به عنوان یک رآکتور هسته‌ای بسیار عظیم تلقی می‌شود در هر ثانیه حدود 1026×8 /3 ژول انرژی به صورت تابش از سطح خود خارج می‌کند؛ موضوعی که از دمای داخلی حدود 15 میلیون درجه سانتی‌گراد این ستاره نشات می‌گیرد. با انجام یکسری محاسبات می‌توان دریافت که قدرت دریافتی کل انرژی خورشید چیزی در حدود 180 میلیارد مگاوات است. هرچند تمام این انرژی به سطح زمین نمی‌رسد و بخش زیادی از آن منعکس و جذب لایه‌های اتمسفر می‌شود ولی اگر تنها یک‌دهم درصد از این انرژی را بتوان با بازده حدود 20 درصد به انرژی الکتریکی تبدیل کرد می‌توان سالانه شش هزار گیگاوات انرژی تولید کرد که 9 برابر کل مصرف انرژی جهان در سال خواهد بود.

ایران، کشوری با پتانسیل‌های بالا

میزان تابش دریافتی در یک مکان روی سطح زمین در یک دوره زمانی مشخص به عوامل مختلفی نظیر ویژگی‌های مکانی، فضایی و عوامل هواشناسی مانند پستی و بلندی، عرض جغرافیایی، میزان رطوبت و دمای هوا بستگی دارد. در همین رابطه ایران با داشتن به طور میانگین 2900 ساعت آفتابی در طول یک سال، یکی از مناسب‌ترین کشورهای جهان از نظر میزان دریافت انرژی تابشی خورشیدی به حساب می‌آید و همین موضوع می‌تواند این کشور را به یک مکان مناسب برای سرمایه‌گذاری در زمینه انرژی خورشیدی و احداث مزارع انرژی خورشیدی تبدیل کند. بر اساس اعلام منابع پژوهشی در اکثر نقاط کشور در طول سال شاهد بیش از 300 روز آفتابی هستیم. بنابراین به منظور استفاده از پتانسیل‌های موجود در کشور باید برنامه‌ریزی‌های لازم برای بهره‌برداری از این منبع انرژی تجدیدپذیر صورت گیرد. در همین راستا استفاده از فناوری‌های خارجی و تجارب کشورهای پیشرفته در این حوزه می‌تواند بسیار سودمند باشد و به توسعه صنعت انرژی‌های نو در کشور کمک کند. کما‌اینکه ورود شرکت نروژی ساگا انرژی و سرمایه 5 /2 میلیارد یورویی این شرکت می‌تواند گامی بلند در راستای تحقق این هدف باشد.

انواع نیروگاه‌های خورشیدی

به طور کلی نیروگاه‌های خورشیدی به شش دسته، سیستم‌های فتوولتائیک، نیروگاه‌های سهموی خطی، نیروگاه‌های دریافت‌کننده مرکزی، نیروگاه‌های دودکش خورشیدی، نیروگاه‌های بشقابک سهموی و نیروگاه‌های کلکتورهای فرنل تقسیم می‌شوند که رایج‌ترین آنها نیروگاه‌های فتوولتائیک به حساب می‌آیند. به طور کلی به پدیده‌ای که در اثر تابش نور و بدون استفاده از مکانیسم‌های محرک، جریان الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به سیستمی که از این پدیده استفاده کند، سیستم فتوولتائیک می‌گویند. این سیستم با ظرفیت‌های متفاوت از (5 /0 وات تا چندین مگاوات) در سراسر جهان راه‌اندازی شده است. با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد مناسب، استفاده از این سیستم‌ها با سرعت روزافزونی در حال افزایش است. با اتصال سری و موازی سلول‌های خورشیدی در کنار یکدیگر می‌توان به جریان و ولتاژهای بالا دست یافت. در کشور ما با توجه به معادن سلیسوم موجود در مناطق کویری کشور، استفاده از این‌گونه سلول‌های خورشیدی که عمدتاً از سلسیوم تهیه می‌شوند، بسیار مقرون به‌صرفه خواهد بود.

سرمایه‌گذاران انرژی خورشیدی در جهان

همان‌طور که اشاره شد یکی از منحصر به فردترین و پرکاربردترین انرژی‌های تجدید‌پذیر، انرژی خورشیدی است که به صورت مستقیم و غیرمستقیم می‌تواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل شود. به طور کلی انرژی متصاعد‌شده از خورشید در حدود 1023×8 /3 کیلووات است. نیروگاه‌های خورشیدی با هزینه‌ای بسیار کم، بدون تولید گازهای مخرب و بدون اشغال فضاهای مفید، جایگزینی بسیار مناسب برای نیروگاه‌های سوخت فسیلی محسوب می‌شوند. مراکش به عنوان کشوری در حال توسعه توانسته فاز اول بزرگ‌ترین نیروگاه خورشیدی متمرکز در جهان را راه‌اندازی کند. پیش‌بینی‌ها نشان داده مراکش می‌تواند تا سال 2020 به همراه سایر نیروگاه‌های آبی و بادی، نیمی از نیاز برق کشور را از طریق این انرژی‌های پاک تامین کند. بر اساس گزارش مقاله‌ای تحت عنوان «وضعیت جهانی انرژی‌های تجدید‌‌ناپذیر در سال 2016»، عمان نیز به عنوان بزرگ‌ترین سرمایه‌گذار ساخت نیروگاه حرارتی خورشیدی در هزاره جدید شناخته شده است. از دیگر کشورهای آسیایی پیشرو در زمینه تولید انرژی از خورشید می‌توان چین را نام برد؛ بر اساس گزارش بلومبرگ، چین در حالی توانست عنوان بزرگ‌ترین سرمایه‌گذار برای انرژی‌های تجدید‌ناپذیر را به خود اختصاص دهد که با توجه به جمعیت میلیاردی‌اش بزرگ‌ترین منتشرکننده کربن جهان نیز محسوب می‌شود. تنها 77 درصد از کل ظرفیت آب گرمکن‌های خورشیدی تازه‌احداث‌شده در جهان متعلق به چین است. پارک خورشیدی لانگیانژیا در چین با ظرفیت 850 مگاوات، پروژه کموتهی کشور هند با ظرفیت تولید 648 مگاوات و پروژه «ستاره خورشیدی» در کالیفرنیای آمریکا با ظرفیت 579 مگاوات در رتبه‌های اول تا سوم بزرگ‌ترین نیروگاه‌های فتوولتائیک قرار دارند. خورشید که منبع اصلی تمامی انرژی‌های موجود در زمین محسوب می‌شود می‌تواند با تاثیر بر فرآیندهای دمایی باد را نیز به وجود آورد. باد در اصل از تابش خورشید به زمین و تفاوت دمای هوای بین دو ناحیه، ایجاد می‌شود و گاه آنقدر نیرومند است که قدرتمندترین سازه‌ها نیز در برابر آن یارای مقاومت ندارند. انرژی جنبشی باد را می‌توان به انرژی مکانیکی و سپس آن را به انرژی الکتریکی تبدیل کرد. نیروگاه‌های بادی با هزینه اندک و توان بالا، بدون آلودگی زیست‌محیطی و نیاز به فضای گسترده، می‌توانند در بسیاری از مناطق منابع سرشاری از انرژی باشند. بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی در خصوص استفاده از سیستم‌های فتوولتائیک مربوط به سال 2014، کشورهایی در رتبه‌های نخست این فهرست قرار دارند که نسبتاً کوچک از نظر وسعت به شمار می‌آیند. آلمان، ژاپن و ایتالیا دارای رتبه بالاتری نسبت به ایالات متحده هستند، هرچند کوچک‌تر از ایالات متحده به شمار می‌آیند. توان خورشیدی به فضای زیادی نیاز دارد. در هر صورت با توجه به این معیار، کشورهای کوچکی که انرژی زیادی تولید می‌کنند، از این لحاظ قابل توجه هستند.

جدا از این مباحث، این آمار نشان می‌دهند که در مکان‌هایی که وسعت زیادی دارند -مانند ایالات متحده- امکان نصب پنل‌های بیشتر تا چه حدی وجود دارد. ظرفیت تجمعی کل انرژی خورشیدی کل جهان، ۱۷۷۰۰۳ مگاوات است که این مقدار برای تامین برق مورد نیاز بیش از ۲۹ میلیون خانه کفایت می‌کند. بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی 10 کشور کره‌جنوبی (۲۳۹۸ مگاوات)، بلژیک (۳۱۵۶ مگاوات)، استرالیا (۴۱۳۰ مگاوات)، اسپانیا (۵۳۷۶ مگاوات)، فرانسه (۵۶۷۸ مگاوات)، ایالات متحده (۱۸۳۱۷ مگاوات)، ایتالیا (۱۸۶۲۲ مگاوات)، ژاپن (۲۳۴۰۹ مگاوات)، چین (۲۸۳۳۰ مگاوات) و آلمان (۳۸۲۵۰ مگاوات) به ترتیب رتبه‌های دهم تا نخست را به خود اختصاص داده‌اند.

در حال حاضر یک درصد از نیاز مردم جهان به برق از طریق انرژی خورشیدی تامین می‌شود. این در حالی است که در اتحادیه اروپا چهار درصد از این نیاز توسط انرژی خورشیدی برآورده می‌شود. با وجود این حرکت جهان توسعه به سمت انرژی‌های نو همچنان ادامه دارد. با برنامه‌ریزی‌های انجام‌شده پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۲۰ سایت‌های انرژی خورشیدی سه برابر بیشتر از میزان فعلی برق‌رسانی کنند و در سال ۲۰۳۰ این میزان به 13 برابر برسد. در این راستا چین با سرعتی مثال‌زدنی در حال پیشرفت است. تا پایان سال ۲۰۱۶ در این کشور نیروگاه‌های خورشیدی با توان تولید ۷۸ گیگاوات (۷۸ هزار مگاوات) تاسیس شدند. این ظرفیت برابر با ظرفیت ۷۸ نیروگاه اتمی عظیم یا ۱۵۰ نیروگاه زغال‌سنگ است. ژاپن تا پایان سال ۲۰۱۶ نیروگاه‌های خورشیدی با توان ۴۳ گیگاوات، آمریکا با توان ۴۲ گیگاوات و آلمان با توان ۴۱ گیگاوات تاسیس کردند. در هند تاکنون تولید برق از انرژی خورشیدی به ۱۰ گیگاوات رسیده است. پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۰ این میزان 11 برابر افزایش یابد. در حال حاضر برق تولیدی از نیروگاه‌های جدید خورشیدی عموماً در جهان ارزان‌تر از برق تولیدی از نیروگاه‌های جدید گاز، زغال‌سنگ یا اتمی تمام می‌شود. به همین دلیل نیز چین و هندوستان برنامه‌های خود برای ساخت نیروگاه‌های جدید زغال‌سنگ را لغو کردند. حدود دو میلیارد نفر در جهان هنوز بدون برق زندگی می‌کنند. چراغ نفتی تنها وسیله روشنایی و منبع نور برای این دسته است. گران بودن نفت و آسیب‌های ناشی از دوده به دستگاه تنفسی از معایب عمده چراغ‌های نفتی به شمار می‌رود. در مقابل سامانه‌های خورشیدی کوچک با باتری و ال‌ئی‌دی جایگزین‌های بسیار ارزان‌تر و بهتری برای چراغ‌های نفتی هستند. در بنگلادش با این روش بیش از چهار میلیون خانه مسکونی برق دارند. پیش‌بینی می‌شود با توجه به تمرکز دولت و بخش خصوصی بر حوزه انرژی‌های نو به خصوص انرژی خورشیدی، ایران نیز شاهد روندی رو به رشد در این زمینه باشد. بر اساس اعلام پایگاه خبری سازمان ‌انرژی‌های تجدیدپذیر، ایران با داشتن ۳۰۰ روز آفتابی در بیش از دوسوم کشور و متوسط تابش ۴ /۵ تا ۵ /۵ کیلووات ساعت بر مترمربع در روز، قصد دارد تا سال ۲۰۳۰ میلادی، ۷۵۰۰ مگاوات برق از انرژی خورشیدی تولید کند که این میزان بیش از هفت برابر برق تولیدی از نیروگاه اتمی بوشهر خواهد بود.