انرژی خورشیدی چیست و چه مزایایی دارد؟

 

انرژی خورشیدی غنی ترین و زیباترین منبع انرژی تجدیدپذیر موجود است. فناوری خورشیدی می تواند از این انرژی برای اهداف مختلفی از جمله تامین برق، روشنایی یا آسایش داخل ساختمان و گرمایش آب برای مصارف خانگی، تجاری یا صنعتی استفاده کند. بزرگترین مزیت استفاده از انرژی خورشیدی این است که یک منبع تجدید پذیر است. ما تا پنج میلیارد سال آینده یک منبع ثابت و نامحدود از نور خورشید خواهیم داشت. انرژی خورشیدی پاک است. هنگامی که تجهیزات فناوری خورشیدی ساخته و نصب می شوند، انرژی خورشیدی برای کار کردن به سوخت نیاز ندارد و این خود یک مزیت است. تعریف عام مردم از انرژی خورشیدی، جذب انرژی حاصل از تابش خورشید و تبدیل آن به انرژی الکتریکی (برق) است. در حالیکه کاربرد انرژی خورشیدی بسیار گسترده تر است که در نوشته‌های بعدی به آن‌ها خواهیم پرداخت. در ادامه این نوشته با موضوع انرژی خورشیدی و مزایای آن به طور کامل آشنا خواهید شد.

انرژی خورشیدی چیست؟

خورشید ما در واقع یک راکتور هسته‌‌ای طبیعی است که بسته‌های کوچک انرژی که فوتون نامیده می‌شوند را به فضا منتشر می‌کند. نور خورشید 93 میلیون مایل (حدود 150 میلیون کیلومتر) را در زمان تقریبی 8.5 دقیقه، برای رسیدن به زمین طی می‌کند. از نظر تئوری، انرژی خورشیدی که کره زمین در یک ساعت دریافت می‌کند، برای تامین انرژی کل کره زمین به مدت یک سال کافی است. انرژی خورشیدی همچنین فراوان‌ترین منبع انرژی در کره زمین است.

کارکرد انرژی های خورشیدی

می‌توانید نور خورشید را به صورت جریانی از ذرات کوچک به نام فوتون در نظر بگیرید، که از خورشید شلیک می‌شوند. زمانی که یکی از این فوتون‌ها با انرژی کافی به سلول سیلیکونی برخورد می‌کند، می‌تواند یک الکترون را از پیوند بیرون بیاورد، و یک حفره به جا گذارد. الکترون با بار منفی و حفره با بار مثبت اکنون آزادند تا به اطراف حرکت کنند. اما به خاطر میدان الکتریکیِ موجود در پیوندگاه P / N، تنها به یک سو خواهند رفت. الکترون به سمت N کشیده می‌شود در حالی که حفره به سمت P کشیده می‌شود. الکترون‌هایِ در حال حرکت، توسط یک لایه نازک فلزی در بالای سلول جمع آوری می‌شوند. آنها از آنجا در یک مدار خارجی جریان می‌یابند، و کار برقی‌خود، مانند تأمین انرژی یک لامپ را انجام می‌دهند و از ورق آلومینیوم رسانایی که در پشت (زیر) سلول است، باز می‌گردند.

وضعیت ایران و جهان بهره‌برداری از انرژی خورشیدی

طبق آمار انستیتو تحقیقات انرژی در سال 2016 تنها 0.6 از یک درصد انرژی (0.6٪) ایالات متحده آمریکا از انرژی خورشیدی تامین می‌شود. اما آمار‌ها نشان می‌دهند که با پیشرفت فناوری در صنعت انرژی خورشیدی، قیمت برق خورشیدی در حال ارزان‌تر شدن است. در نتیجه با ارزان‌تر شدن این فناوری، توانایی ما در بهره‌برداری از این منبع انرژی بی پایان نیز بیشتر می‌شود. طبق گزارشی از آژانس بین المللی انرژی در سال 2017، انرژی خورشیدی به عنوان سریع ترین منبع انرژی در حال توسعه معرفی شد. و این موضوع نوید بخش آن است که در سال‌های آینده بهره برداری از این منبع انرژی پاک بیشتر خواهد شد.

ایران کشوری است که به گفته متخصصان این فن با وجود 300 روز آفتابی در بیش از دو سوم آن و متوسط تابش 4.5 – 5.5 کیلووات ساعت بر متر مربع در روز یکی از کشورهای با پتانسیل بالا در زمینه انرژی خورشیدی معرفی شده است. برخی از کارشناسان انرژی خورشیدی گام را فراتر نهاده و در حالتی آرمانی ادعا می‌کنند که ایران در صورت تجهیز مساحت بیابانی خود به سامانه‌های دریافت انرژی تابشی می‌تواند انرژی مورد نیاز بخش‌های گسترده‌ای از منطقه را نیز تأمین و در زمینه‌ صدور انرژی برق فعال شود. با مطالعات انجام شده توسط DLR آلمان، در مساحتی بیش از 2000 کیلومترمربع، امکان نصب بیش از 60000 مگاوات نیروگاه حرارتی خورشیدی وجود دارد.

کاربردهای انرژی خورشیدی

فناوری خورشیدی ساختمان‌های صنعتی، تجاری و مسکونی مشابه است (فتوولتائیک، گرمایش passive، نور روز و گرمایش آبی). البته ساختمان‌های غیرمسکونی می‌توانند از انواعی استفاده کنند که کاربرد خانگی ندارند. این فناوری‌ها شامل تهویه‌ی هوا، گرمایش و سرمایش خورشیدی هستند. در ادامه به صورت مختصر به انواع کاربردهای انرژی خورشیدی در مقیاس خانگی و صنعتی اشاره شده است:

1. گرمایش، سرمایش، تهویه

دودکشی خورشیدی (دودکش گرمایی) یک سیستم تهویه‌ی خورشیدی passive است که از یک محور عمودی تشکیل شده است. این محور بیرون و درون ساختمان را به یکدیگر وصل می‌کند. با گرم شدن دودکش هوای داخل ساختمان هم گرم می‌شود و هوا را به داخل ساختمان می‌کشد. از گیاهان و درختان فصلی می‌توان به‌عنوان واسطه‌ای برای کنترل گرمایش و سرمایش خورشیدی استفاده کرد. اگر گیاه در بخش جنوبی ساختمان قرار بگیرد، برگ‌های آن در طول تابستان سایه تولید می‌کنند و در زمستان شاخه‌های لخت و بدون امکان عبور نور را فراهم می‌کنند.

2. تصفیه‌ی آب

با فرآیند تقطیر خورشیدی می‌توان از آب‌شور یا بدمزه آب آشامیدنی تولید کرد. اولین بار شیمی‌دان‌های عرب قرن شانزدهم به این فناوری دست پیدا کردند. سپس پروژه‌ی تقطیر خورشیدی در مقیاس بزرگ‌تر در 1872 در لاس سالیناس شیلی آغاز شد.

3. معماری

نور خورشید از ابتدای تاریخچه‌ی معماری بر طراحی ساختمان تأثیرگذار بوده است. روش‌های پیشرفته‌ی معماری خورشیدی و برنامه‌ریزی شهری در ابتدا توسط یونانی‌ها و چینی‌ها به کار رفتند، آن‌ها برای حداکثر استفاده از نور و گرما ساختمان‌های خود را به سمت جنوب می‌ساختند.

4. حمل‌ونقل

یکی از اهداف مهندسین از دهه‌ی 1980 توسعه‌ی ماشین‌های خورشیدی بوده است. بعضی وسایل نقلیه از پنل‌های خورشیدی برای تأمین نیروی اضطراری از جمله تهویه‌ی هوا برای خنک کردن فضای داخل ماشین استفاده می‌کنند و به این صورت مصرف سوخت را کاهش می‌دهند.

5. تولید سوخت

فرآیندهای شیمیایی خورشیدی از انرژی خورشیدی برای اجرای واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌کنند. این فرایندها می‌توانند انرژی خورشید را به سوخت‌های قابل‌انتقال و قابل ذخیره‌سازی تبدیل کنند. واکنش‌های شیمیایی خورشیدی را می‌توان به دو نوع ترموشیمیایی و فوتوشیمیایی تقسیم کرد. فناوری‌های تولید هیدروژن از دهه‌ی 1970 بخش گسترده‌ای از پژوهش‌های انرژی خورشیدی را در برمی‌گیرند.

6. کشاورزی و باغبانی

صنعت کشاورزی و باغبانی به‌دنبال بهینه‌سازی انرژی خورشیدی دریافتی و افزایش بهره‌وری واحدها است. روش‌هایی مثل چرخه‌های زمان‌بندی‌شده، جهت‌گیری سطری، ارتفاع متناوب بین سطرها و ترکیب گونه‌های گیاهی می‌توانند به توسعه‌ی برداشت محصول کمک کنند. در بعضی نقاط کشاورزها برای حداکثرسازی جذب انرژی خورشیدی از دیوارهای میوه‌ای استفاده می‌کنند. این دیوارها سرعت رسیدن میوه‌ها را از طریق گرم نگه‌داشتن آن‌ها افزایش می‌دهند. دیوارهای اولیه عمود بر زمین و به سمت جنوب ساخته می‌شدند؛ اما به‌مرور زمان، برای جذب بهتر نور خورشید از دیوارهای شیب‌دار استفاده شد. انرژی خورشیدی علاوه بر پرورش در دیگر کاربردهای کشاورزی مثل پمپ کردن آب، خشک کردن محصولات، جوجه‌کشی و خشک کردن کودهای کشاورزی هم نقش دارد.

مزایای انرژی خورشیدی

با تهدید فزاینده‌ی تغییرات آب و هوایی بر اثر نشر بیش‌ازاندازه‌ی کربن، بسیاری از کشورها به‌دنبال جایگزین‌های انرژی تمیز برای سوخت‌های فسیلی سنتی خود هستند. از میان تمام جایگزین‌های انرژی، انرژی خورشیدی بیشترین هزینه را داشته است. بااین‌حال، با درنظر گرفتن مزایا و معایب و کاهش ۸۰ درصدی قیمت پنل‌های خورشیدی در پنج سال گذشته، انرژی خورشیدی آینده‌ی درخشانی خواهد داشت. ازجمله مزایای این انرژی می‌توان به موارد زیر اشاره‌ کرد:

پایداری

انرژی خورشیدی جایگزین پایداری برای سوخت‌های فسیلی به شمار می‌رود. با‌اینکه سوخت‌های فسیلی تاریخ انقضا دارند؛ اما انرژی خورشید حداقل چند میلیارد سال در دسترس خواهد بود. علاوه براین، هرروز ۷۳ هزار تراوات انرژی خورشید به سطح زمین می‌رسد که 10000 برابر بیشتر از مصرف روزانه‌ی انرژی در کل جهان است. برای استفاده از این منبع انرژی عظیم تنها لازم است فناوری‌ موردنیاز آن پیاده‌سازی شود.

تأثیر کم بر محیط

تأثیر انرژی خورشیدی بر محیط در مقایسه با سوخت‌های فسیلی، بسیار کمتر است. این انرژی گاز گلخانه‌ای منتشر نمی‌کند زیرا فناوری مربوط به آن نیاز به احتراق سوخت ندارد. اگرچه نیروگاه‌های گرمایی خورشیدی (CSP) به دلیل مصرف آب و بر اساس نوع فناوری به‌کاررفته، نسبتا غیربهینه هستند، استفاده از فناوری مناسب می‌تواند بازدهی را افزایش دهد برای مثال سلول‌های خورشیدی فتوولتائیک (PV) برای تولید برق نیازی به آب ندارند.

استقلال انرژی

ازآنجاکه نور خورشید در اغلب کشورهای دنیا فراوان است، بنابراین می‌تواند هر کشوری را به یک تولید‌کننده‌ی انرژی بالقوه تبدیل کند و وابستگی کشورها به انرژی را کاهش دهد و از طرفی امنیت آن‌ها را افزایش دهد. انرژی خورشیدی تنها در سطح ملی امنیت و استقلال را افزایش نمی‌دهد؛ بلکه در مقیاس‌های کوچک‌تر برای مثال با نصب پنل‌های خورشیدی روی بام خانه‌ها هم می‌توان نیروی برق موردنیاز هر خانوار را تأمین کرد.

معایب انرژی خورشیدی

یکی از بزرگ‌ترین مشکلات فناوری انرژی خورشیدی، این است که تنها هنگام تابش خورشید انرژی تولید می‌کند. به این معنی که هنگام شب یا در روزهای ابری ممکن است تأمین انرژی مختل شود. اگر روش‌های کم‌هزینه‌ای برای ذخیره‌سازی انرژی وجود داشته باشد این مسئله مشکل‌ساز نخواهد شد، زیرا دوره‌های آفتابی طولانی می‌توانند انرژی اضافه‌ را تولید کنند. برای مثال آلمان یکی از پیشتازان فناوری خورشیدی، در حال حاضر بر توسعه‌ی ذخیره‌سازی انرژی کار می‌کند تا این مشکل را برطرف کند.

خرابی زمین

یکی از نگرانی‌های انرژی خورشیدی، آسیب به زمین، فرسایش و از بین رفتن حیات‌وحش است. بااینکه سیستم‌های خورشیدی PV را می‌توان در محل‌های ثابتی نصب کرد، اما ممکن است سیستم‌های بزرگ PV برای تولید هر مگاوات برق به 3.5 تا 10 جریب زمین و تأسیسات CSP برای تولید همین میزبان به 4 تا 16.5 جریب زمین نیاز داشته باشند. برای حل این مشکل می‌توان تأسیسات را در بخش‌های کم کیفیت یا در امتداد جاده‌ها و بزرگراه‌ها نصب کرد.

کمبود مصالح

بعضی فناوری‌های خورشیدی به مصالح نادری در تولید خود نیاز دارند. بااین‌حال این مشکل فناوری PV هست نه فناوری CSP. برای مثال بسیاری از مصالح نادر و کمیاب محصولات جانبی فرآیندهای دیگر هستند و به‌طور مستقیم از معدن استخراج نشده‌اند.
بازیافت مصالح PV و پیشرفت‌های حاصل در نانو فناوری بازدهی سلول‌های خورشیدی را بالا برده و به افزایش تأمین توان کمک می‌کنند اما شاید یافتن جایگزین‌ها با فراوانی بیشتر بتوانند نقش عمده‌ای در حل این مشکل ایفا کنند.

 

 

انجمن انرژی خورشیدی جهانی

انجمن انرژی‌های تجدید پذیر یا IRENA (+) یک نهاد غیردولتی است که در انتقال دانش، تکنولوژی و استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر به کشورها کمک می‌کند. در حال حاضر 162 کشور در این مجمع عضو هستند که ایران نیز یکی از اعضای این مجمع است. برای دریافت ساپورت و حمایت از جنبه‌های مختلف در انرژی های تجدید پذیر می‌توانید در وبسایت این مجمع درخواستی را تکمیل کرده و جزئیات پروژه‌ای که قصد انجام آن را دارید توضیح دهید. درخواست شما بررسی و نتیجه آن به شما اطلاع داده می‌شود.
در کنار این موضوع مجمع جهانی انرژی خورشیدی یا SEI (+) که در سال 1991 تاسیس شد نیز وجود دارد. این مجموعه یک سازمان آموزشی غیرانتفاعی است که ماموریت آنها ارائه آموزش فنی و تخصصی پیشرو در صنعت در زمینه انرژی‌های تجدید پذیر برای توانمندسازی مردم، جوامع و مشاغل در سراسر جهان است.
هدف اصلی این مجموعه، جهانی است که همه انرژی آن از انرژی‌های تجدید پذیر تامین شود. در این راستا این مجموعه دوره‌های آموزشی در زمینه‌های انرژی خورشیدی برگزار می‌کند و در هر دوره مدرک خاص آن دوره را اعطا می‌کند.

انجمن انرژی خورشیدی ایران

انجمن علمی انرژی خورشیدی ایران (+) بر اساس نیاز جامعه به متخصصان و اندیشمندان در بهره گیری از انرژی‌های پاک به جای سوخت‌های فسیلی به وجود آمده است. این مجموعه یک انجمن غیر انتفاعی است و زیر نظر معاونت پژوهشی وزارت علوم تحقیقات و فناوری فعالیت می‌کند.
از فعالیت‌ها و وظایف این انجمن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ایجاد و تحکیم روابط علمی و تحقیقاتی در سطح بین المللی در زمینه انرژی تجدید پذیر
• همکاری با نهادهای اجرایی علمی و پژوهشی در زمینه ارزیابی و بازنگری طرح‌ها و برنامه‌های مربوط به امور آموزش و پژوهش در زمینه علمی
• ترغیب و تشویق پژوهشگران و تجلیل از محققان و استادان ممتاز در زمینه انرژی‌های تجدید پذیر
• ارائه خدمات آموزشی و پژوهشی
• تشکیل گردهمایی‌های علمی در سطح ملی منطقه‌ای و بین المللی

 

سوالات متداول پیرامون انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی چیست ؟

انرژی خورشیدی یکی از شکل‌های انرژی تجدید پذیر است که با پیشرفت تکنولوژی پیش از پیش در زندگی روزمره بشر تاثیر دارد. در این مطلب در مورد انرژی خورشیدی و ویژگی‌های آن صحبت می‌کنیم.

فناوری‌های خورشیدی چه هستند؟

سه روش اصلی برای مهار انرژی خورشیدی وجود دارد که عبارتند از : «فتوولتائیک» (photovoltaics)، گرمایش و سرمایش خورشیدی و تمرکز انرژی خورشیدی.

تولید برق با انرژی خورشیدی چگونه است؟

تابش خورشید ممکن است توسط سلول‌های خورشیدی (سلول‌های فتوولتائیک) مستقیماً به برق تبدیل شود. در چنین سلول‌هایی هنگامی که نور به محل اتصال فلز و نیمه هادی (مانند سیلیکون) یا محل اتصال بین دو نیمه هادی متفاوت برخورد می‌کند ولتاژ الکتریکی کوچکی ایجاد می‌شود، به این اثر فوتوولتائیک می‌گویند. در این فرآیند دو ماده غیر مشابه در تماس نزدیک با یکدیگر هنگام برخورد با نور یا انرژی تابشی ولتاژ الکتریکی تولید می‌کنند.

گرم کردن خانه با استفاده از انرژی خورشیدی چگونه امکان پذیر هست؟

از انرژی خورشید که به واسطه پنل‌های خورشیدی به دست می‌آید، برای تامین آب گرم سیستم‌های گرمایشی استفاده می‌شود. لوله‌های آب که بر روی سقف قرار دارد پس از گرم شدن، آب را به داخل ساختمان پمپاژ می‌کند. همچنین می‌توان برای گرم کردن آب استفاده کرد. استفاده از پنل‌های خورشیدی روشی مقرون بصرفه برای تامین آب گرم ساختمان است.