هر آن‌چه باید در رابطه با انرژی خورشیدی بدانید

مقدار انرژی گرمایی که زمین در تنها ۱ ساعت از خورشید دریافت می‌کند، از تمامی انرژی که ما انسان‌ها در طول یک سال مصرف می‌کنیم، بیشتر است. دقیقاً به همین دلیل است که شرکت‌هایی چون گوگل یا IKEA، با قوایی بی‌سابقه وارد صنعت پنل‌های خورشیدی شده‌اند.

انرژی خورشیدی پاک و فراوان و از همه‌ مهمتر رایگان است؛ بر خلاف سوخت‌های فسیلی تمام نمی‌شود، به طبیعت آسیبی نمی‌زند و مشکلی هم برای خرید و فروشش وجود ندارد. پس چرا نباید به آن اهمیت بدهیم؟ شاید بد نباشد به عنوان نخستین گام، ببینیم که انرژی خورشیدی واقعاً چیست و چطور می‌شود آن را از طریق سازه‌های ساخت بشر، ذخیره کرد و مورد استفاده قرار داد.

تابش‌های گرم خورشیدی، چگونه به وجود می‌آیند؟

اگر حالات ماده را به چهار نوع جامد، مایع، گاز و پلاسما تقسیم کنیم، ستاره‌ی خورشید از نظر حالت در دسته‌ی چهارم یعنی پلاسما قرار می‌گیرد. یعنی گازهای تشکیل‌دهنده‌ی آن چنان داغ و پرانرژی‌اند که از نظر ساختاری، به یون تبدیل شده‌اند. از نظر شیمیایی، سه چهارم جرم خورشید را هیدروژن و باقی‌مانده‌ی آن را هلیم و چند گاز دیگر (مانند اکسیژن، کربن و نئون) تشکیل می‌دهند.

اساس کار تولید گرما در خورشید، بر پایه‌ی واکنش‌های همجوشی هسته‌ای است؛ دانشی که در حال حاضر، امکان پیاده‌سازی آن در زمین وجود ندارد. وقتی هیدروژن و هلیم در یکدیگر جوش می‌خورند، بر اساس فرمول مشهور فیزیکدان نامی، آلبرت انیشتین، یعنی E=MC^2، از تبدیل جرم به انرژی، مقدار زیادی گرما به صورت تابش، به اطراف پراکنده می‌شود؛ خلاء حاکم بر فضا را می‌پیماید و به اجرام اطراف، از جمله زمین می‌رسد.

چگونه انرژی خورشید را جمع‌آوری می‌کنیم؟

در بحث استفاده از انرژی خورشیدی، دو راهکار داریم: AV و PV
AV سرواژه‌ی انگلیسی “active solar” است و به جمع‌آوری انرژی از راه استفاده از  پنل‌های خورشیدی یا مولدهای ترموالکتریک، گفته می‌شود. به این پنل‌های خورشیدی، پنل‌های فوتوولتائیک نیز گفته می‌شوند.

PV که مخفف “passive solar” است، ما را به طراحی خانه و ساختمان، به گونه‌ای که بیشترین‌ استفاده را از تابش‌های خورشید ببریم، دعوت می‌کند. ایجاد محیط‌های نورگیر یا استفاده از پنجره‌های بزرگ در این حیطه قرار دارد.

پنل‌های خورشیدی چگونه کار می‌کنند؟

برای استفاده از انرژی خورشید و تبدیل آن به سایر صورت‌های انرژی، راه‌کار های زیادی پیشنهاد شده است. اختراعاتی چون دیودهای فروسرخ، دیودهای بالستیک یا مولدهای حرارتی که هر یک با مشکلاتی رو به رو بودند. در نهایت به این نتیجه رسیدیم که در حال حاضر، بهتر است تمرکز خود را بر صفحات پوشیده شده با سلول‌های خورشیدی معطوف کنیم.این صفحات از اثر فوتوالکتریک، بهره می‌برنداین پنل‌ها از مواد نیمه هادی درست می‌شوند و وقتی فوتون‌های نور (که دارای انرژی هستند) به این مواد برخورد می‌کنند، باعث جداسازی الکترون و به وجود آمدن جریان الکتریکی، می‌شوند. مقدار جریان ایجاد شده، به کارایی و کیفیت ساخت پنل بستگی دارد. مدل‌های تجاری رایج، تقریباً حدود ۲۰ درصد نور دریافتی را به انرژی تبدیل می‌کنند؛ در حالی که نمونه‌های خاص و گرانی که NASA در ماهواره‌هایش استفاده می‌کند، بازدهی ۴۰ درصدی دارند.

چرا باید به سراغ انرژی خورشیدی برویم؟

در قطب جنوب و مناطق یخ زده آلاسکا، عذر مردم برای چشم‌پوشی از این منبع خدادادی پذیرفتنی است؛ اما در مناطقی که در ۶ ماه سال، از آفتابی گرم و سوزان بهره می‌برند(!) عدم استفاده از آن، اسراف نعمت‌های خداوندی است و توجیهی ندارد. در آمریکا، دولت تصمیم گرفته تا با کاهش مالیات بر خرید پنل‌های خورشیدی در ایالت‌های گرمسیری، شهروندان را به خرید آن‌ها ترغیب کند. در برخی کشورها مانند استرالیا، صدها مزرعه بزرگ خورشیدی راه‌اندازی شده است. حتی بر روی سقف کاخ سفید، مقر سران ایالات متحده هم، پنل‌های خورشیدی نصب شده تا برق وسایل روشنایی را فراهم کنند.

شرکت‌های بزرگ مانند گوگل یا اپل که به علت داشتن کاربران میلیونی و ترافیک بسیار سنگین اینترنتی، ناگزیرند هزینه‌های زیادی را برای تأمین انرژی مورد نیاز دیتاسنترهای عظیم‌شان خرج کنند، روی به انرژی‌های پاک و ارزان مانند انرژی خورشیدی آورده‌اند و با تأسیس مزرعه‌هایی از پنل‌های خورشیدی، برق مصرفی‌شان را تأمین می‌کنند. مانند دیتاسنتر بزرگ اپل در منطقه مِیدن در صحرای نوادا.

حتی سعی می‌شود خانه‌های مدرن، به گونه‌ای ساخته شوند که بخشی از انرژی مورد نیاز وسایل منزل، با کمک انرژی خورشید تأمین شود. صنعت هواپیما‌سازی هم دارد اندک اندک به استفاده از این گرمای رایگان  روی می‌آورد. مانند شرکت Solar Impulse که ادعا می‌کند می‌تواند هواپیمایی ۲۲۶۸ کیلوگرمی را را با کمک ۱۷۰۰۰ سلول خورشیدی، به پرواز درآورد؛ هواپیمایی که قادر است فاصله میان اقیانوس آرام تا اقیانوس اطلس را ۵ روزه بپیماید.

با همه گیر شدن خودروهای الکتریکی، می‌توان با استفاده از انرژی خورشید، وسایل نقلیه را شارژ کرد و برای همیشه از بنزین و آلودگی هوای ناشی از آن رهایی یافت. در آمریکا پروژه‌ای با سرمایه‌ی ۱ میلیون دلاری کلید خورده که قرار است بخش‌هایی به مساحت ۷۵۰۰۰ کیلومتر مربع از جاده‌های این کشور را با سلول‌های ۶ ضلعی و بسیار مقاوم خورشیدی بپوشاند و برق خانه‌های بسیاری را از این راه تأمین کند.

با این‌همه که گفتیم، هنوز موانعی سر راه است که نه تقصیر من است، نه شما. هنوز امکان تهیه صفحات خورشیدی برای همه وجود ندارد و قیمت آن‌ها هم برای شهروندان سطح متوسط خیلی از کشورها، بالا است. در کشورهای پیشرفته، برخی هنوز به امکانات موجود اعتماد ندارند و منتظرند تا صفحات خورشیدی از نظر کارایی و راندمان، توانایی‌های بیشتری بدست آورند. برخی هم مثل همیشه، بدنبال بهترین نسبت کارایی به قیمت‌اند و بی‌توجه به وضعیت نگران‌کننده‌ای که خانه‌ی بزرگ ما، یعنی زمین را تهدید می‌کند.

برای فراگیر‌شدن استفاده از این پنل‌ها، باید آن‌ها را بیش از پیش بهینه کرد و بهای‌شان را کاهش داد؛ همچنین میزان تولید را بالاتر برد تا بتوان دایره‌ی توزیع را بزرگ‌تر کرد. بهرحال وقتی بین یک انگیزه‌ی معنوی و محدودیت‌های مادی گیر بیافتیم، مانند همین موضوع، راهی جز تولید گازهای گلخانه‌ای بیشتر نداریم تا زمانی ‌که شرایط بهتر شود.

اما در سطوح کلان که امکان اختصاص بودجه‌ی بیشتری داریم، حیف است که این منابع سرشار و ارزان را نادیده بگیریم. بیش از دو سوم خاک ایران را مناطق بیابانی و نیمه بیابانی تشکیل می‌دهند که حداقل در ۶ ماه سال، آفتاب با قدرتی بی‌نظیری بر آن‌ها می‌تابد. احداث توربین‌های بادی در مناطق مستعد، کاری قابل تقدیر است که تا کنون انجام گرفته؛ پس می‌توان مقصد بعدی را ایستگاه خورشیدی در نظر گرفت.

برای مشاهده مقالات و پروژه های بیشتر ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.