روش های استفاده از انرژی خورشیدی

وابستگی شدید جوامع صنعتی به منابع انرژی، به ویژه سوخت های نفتی و به كارگیری و مصرف بی رویه آنها سبب شده، این منابع كه در قرن های متمادی در زیر لایه های زیرین زمین تشكیل 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 یكی از منابع مهم تجدیدناپذیر انرژی است كه به فناوری های پیشرفته و پرهزینه نیاز ندارد و می تواند به عنوان یك منبع مفید و تامین كننده انرژی در بیشتر نقاط جهان به كار گرفته شود. استفاده از این انرژی برخلاف انرژی هسته ای، خطری ندارد و برای كشورهای فاقد منابع انرژی زیرزمینی، مناسب ترین راه برای دستیابی به نیرو و رشد و توسعه اقتصادی است. هم اكنون از انرژی خورشیدی به وسیله سیستم های مختلف و برای اهداف گوناگون استفاده و بهره گیری می شود كه مهمترین آنها سیستم های فتوبیولوژیك، شیمی خورشیدی (Helio Chemical)، گرمای خورشیدی (Helio Thermal)، برق خورشیدی (Helio Electrical)، سیستم های فتوشیمیایی، سیستم های فتوولتاییك، سیستم های حرارتی و برودتی هستند.
● انرژی خورشید به كمك آیندگان می شتابد
نیروگاه های خورشیدی كه انرژی خورشید را به برق تبدیل می كنند، در آینده با مزیت هایی كه در برابر نیروگاه های فسیلی دارند، مشكل برق و تا حدودی مشكل كم آبی را به ویژه در دوران تمام شدن نفت و گاز حل خواهند كرد و به طور مسلم تاسیس و به كارگیری برج های نیرو، زمینه لازم را برای خودكفایی و قطع وابستگی كشور فراهم خواهد كرد.
تولید برق بدون مصرف سوخت، نیاز نداشتن به آب فراوان، آلوده نكردن محیط زیست، استهلاك كم 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 كه یكی از كشورهای نفت خیز جهان و دارای منابع عظیم گاز طبیعی است، به دلیل شدت تابش خورشید در بیشتر نقاط كشور، می تواند صرفه جویی مهمی در مصرف سوخت های فسیلی داشته باشد. فناوری ساده، كاهش 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 تكنیك پتروشیمی، از دلایل لزوم استفاده از انرژی خورشیدی در كشور هستند.با افزایش قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ كشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شدند، به استفاده از انرژی های جانشین جدی تر بیندیشند و این نگرش پس از انقلاب اسلامی ایران، وسعت بیشتری یافت.
كشورهای صنعتی به این نتیجه رسیده اند كه با بهینه سازی مصرف انرژی در صنایع و ساختمان ها، مصرف انرژی را می توان ۳۰ تا ۴۰ درصد كاهش داد.ایران یكی از پنج كشور مصرف كننده بالای مواد نفتی در جهان و در میان كشورهای اوپك، بزرگ ترین مصرف كننده فرآورده های نفتی است. با توجه به رشد مصرف انرژی بالای ۵ درصدی در ایران می توان گفت كه هر ۱۰ سال مصرف انرژی كشور دو برابر می شود. با این روند و با توجه به افت فشار چاه های نفت و مشكلات حفاری، استخراج و سرمایه گذاری، نمی توان امیدوار بود كه پس از دو دهه نیازهای موجود كشور بر طرف شود. با این اوصاف این سئوال مطرح می شود كه 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 بانك جهانی حاكی است كه اگر كشورهای در حال توسعه، سیاست های بهینه سازی مصرف انرژی را به كار می گرفتند، تا سال ۱۹۹۰ می توانستند ۴ میلیون بشكه در روز صرفه جویی كنند. كارشناسان معتقدند با استفاده از سیاست های بهینه سازی مصرف انرژی، ضمن كاهش مصرف انرژی منافعی مانند: كاهش 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 كشور، كم هزینه بودن و نگهداری آسان، عاید كشور خواهد شد. ناگفته نماند با احتساب مصرف بیش از یك میلیون بشكه معادل نفت در روز، بیش از یك میلیارد دلار درآمد ارزی در سال نصیب كشور خواهد شد.
ایران با عرض جغرافیایی ۲۵ تا ۴۵ شمالی در منطقه مناسبی برای دریافت انرژی خورشیدی قرار دارد. میزان انرژی ای كه زمین در یك ساعت از خورشید دریافت می كند، بیش از انرژی مصرفی جهان در یك سال است. انرژی خورشیدی با بهره گیری از روش ها و وسایل ویژه به تولید برق با استفاده از حرارت خورشید می پردازد كه حرارت نیز پس از گذار از یك یا چند مرحله به انرژی الكتریكی تبدیل می شود. پاك بودن این سیستم، توجه بسیاری از كشورها و دولت های جهان را به خود معطوف كرده تا آنجا كه انگلستان اخیراً با الزامی كردن استفاده از صفحات خورشیدی در ساختمان های در حال ساخت، گامی بلند و موثر در بهینه سازی مصرف انرژی برداشته است. از هنگامی كه منابع هیدروكربور و زغال سنگ چرخه تولید انرژی را در دست گرفت، به واسطه ارزان و در دسترس بودن آن از توجه به انرژی كاسته شد.
در ایران، ارزانی و فراوانی بیش از حد هیدروكربور سبب شده تا به انرژی خورشیدی توجه كمتر مبذول شود.با پیش آمدن بحران شدید نفتی در سال ۱۹۷۳ و لجام گسیختگی بازار و پیش آمدن شرایطی كه 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 اینك چند نیروگاه با بهره برداری از نیروی خورشید انرژی تولید می كنند و در دست ساخت و بهره برداری هستند كه به واسطه این طرح ها ایران در زمره معدود كشورهای دارای فناوری ساخت نیروگاه های خورشیدی قرار گرفته است.
نیروگاه های خورشیدی دارای انواع گوناگون و تفكیك پذیر هستند: نیروگاه هایی كه مستقیم با دریافت انرژی خورشید آن را به انرژی الكتریكی تبدیل می كنند و نیروگاه هایی كه پس از دریافت انرژی خورشید آن را به گرما و پس از گذشت یك روند خاص، به الكتریسیته تبدیل می كند.سیستم هایی كه از انرژی خورشید بهره می برند، شامل سیستم فتوولتایی (PV) و سیستم های گرما شیمیایی، تولید هیدروژن از انرژی خورشید است. در سیستم فتوولتایی كه در اصل برای كاربردهای فضایی ابداع و تكمیل شده بودند، انرژی نوری را مستقیم به انرژی الكتریكی تبدیل می كنند. این فناوری براساس این نظریه «اثر فتوالكتریك» اینشتین شكل گرفته كه نور سبب می شود الكترون ها از هم جدا شوند.
توسعه PV برای كاربردهای زمینی در هنگام نخستین بحران نفت در دو زمینه بسیار متفاوت آغاز شد: یكی در زمینه فناوری های تمركزی است كه در آن كاهش هزینه ها با استفاده از جانشینی سطح PV به وسیله سطح عدسی صورت می گیرد و دیگری برای كاهش 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 واكنش های شیمیایی استفاده می كنند تا كیفیت محصولات موجود را افزایش دهند یا محصولات كاملاً جدیدی را بسازند. گرما شیمیایی به استفاده از گرما برای رانش واكنش 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 اكنون 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 آبگرمكن های خورشیدی مشاهده كرد كه اكنون در ایران نیز رواج یافته است. اگرچه قیمت این نوع آبگرمكن ها بسیار بالاست، اما به نظر می رسد با تولید انبوه آن بتوان مقداری از هزینه های تولید را كاست و این كالا را با قیمت ارزان تری به دست مصرف كننده رساند. انواع دیگر استفاده از انرژی خورشیدی وجود دارد كه اكنون 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 كه در دو نوع سهموی خطی و فتوولتاییك 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 كیلووات ساعت تمام می شود. تاكنون در دنیا كشورهای آمریكا، 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 كشورها خود افتخار بزرگی است كه نصیب متخصصان كشور شده است.
● انرژی خورشیدی؛ نیازها و محدودیت ها
برخی انرژی های تجدیدپذیر را تنها امید بقای كره زمین دانسته اند، در حالی كه 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 كه 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 اكنون كل منبع انرژی خورشیدی ۱۰ هزار برابر مصرف انرژی كنونی بشر است اما اندك بودن شدت این توان و تنوع زمانی و جغرافیایی آن، مشكلات عمده ای را فراهم كرده كه سهم این انرژی را در برابر كل انرژی محدود می كند.
با این حال، در كشورهایی كه هزینه انرژی معمولی به دلیل مالیات زیاد است و دولت تلاش زیادی برای ترغیب مردم به استفاده از انرژی خورشیدی می كند، بازار برای سیستم های حرارتی خورشیدی كم دما رونق دارد. با آن كه كل منبع انرژی خورشیدی این امكان بالقوه را دارد كه سهم عمده ای در تامین انرژی جهانی در آینده داشته باشد، دلایل زیادی وجود دارد كه سهم استفاده از آن را در ۲۰ سال آینده بسیار محدود می كند. اهمیت این محدودیت، همراه با الگوهای مصرف و اولویت های ملی تغییر می یابد.
یكی از محدودیت های عمده در استفاده از انرژی خورشیدی، عدم كارآیی اقتصادی سیستم های خورشیدی اولیه در برابر سیستم های تكامل یافته با سوخت فسیلی است كه با افزایش قیمت سوخت های معمولی و اقتصادی تر كردن دستگاه های خورشیدی با حجم تولید بیشتر، گرایش به استفاده از این گونه انرژی را می توان شتاب بخشید. در كنار 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 كه 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 تعمیركاران بسیاری از دستگاه هایی است كه به طور وسیع در سراسر جهان توزیع می شوند. با توجه به دورنمای فراگیری انرژی خورشیدی و با توجه به كل سرمایه در دسترس برای سرمایه گذاری در انرژی خورشیدی كه در ۳۰ سال آینده به ۱۰ درصد كل سهام انرژی جهان محدود خواهد شد، به این نتیجه می توان رسید كه انرژی خورشیدی دست كم زودتر از سال ۲۰۲۰ نمی تواند جانشین اصلی انرژی سوخت های فسیلی شود.
كشورها نیز در زمینه سرمایه گذاری در این بخش با محدودیت روبه رو هستند و روشی كه برای كاهش این محدودیت ها می توان به آن اشاره كرد، جذب سرمایه بخش خصوصی و استفاده از آن بخش از بودجه دولتی است كه برای سرمایه گذاری در انرژی خورشیدی اختصاص داده شده است كه بسیاری از كشورها با كاربست این روش به موفقیت هایی دست یافته اند و در كشور ما نیز باید شرایط حضور بخش خصوصی فراهم و اقدام های لازم برای جذب بخش خصوصی انجام شود. آلمان كه با پیامدهای افزایش شدید بهای نفت دست به گریبان بوده و برنامه تولید انرژی هسته ای خود را نیز كنار گذارده است، هم اكنون درصدد گسترش دادن نیروگاه های بسیار بزرگ است.
اخیراً بزرگ ترین نیروگاه خورشیدی در این كشور گشایش یافت. این نیروگاه كه در جنوب شهر لایپزیك و در شرق این كشور قراردارد با ۳۳هزار و ۵۰۰پانل فتوولتاییك حدود ۵ مگاوات ساعت برق تولید می كند. این نیروگاه قادر است برق ۱۸۰۰ خانوار را تامین كند. براساس ارزیابی سازمان انرژی خورشیدی آلمان، مجموع ظرفیت تولید آماده در سال جاری به ۳۰۰ مگاوات رسیده كه دو برابر ظرفیت تولید پیشین در این كشور است.
هم اكنون نگرانی های فراوانی در زمینه توانایی كشورها در یافتن منابع سرمایه ای به منظور تامین نیازهای مالی توسعه استفاده از این نوع انرژی در دهه های آینده وجود دارد كه این معضل در كشورهای در حال توسعه شدیدتر است. اما به نظر می رسد با ایجاد سرمایه گذاری های كلان و سریع در این زمینه، مشاركت بخش خصوصی در این گونه طرح ها و مهم تر از همه ارتقای سطح فرهنگی كشور برای استفاده از انرژی های جانشین (تجدیدپذیر) تا چند سال آینده، دستیابی به این هدف مهم چندان دور نباشد.

شهبازی

منبع : سازمان آموزش و پرورش استان خراسان