خورشید سرچشمهٔ بزرگ و بیکران انرژی است که زندگی بر روی زمین به آن بستگی دارد و همهٔ گونه‌ها دیگر انرژی نیز به‌گونه‌ای از آن نشاءت گرفته‌اند. اگر همه سوخت‌های سنگواره‌ای موجود در جهان را جمع کنیم و بسوزانیم، این انرژی معادل فقط چهار روز تابش خورشید به زمین خواهد بود و همین‌طور حرارت و نوری که در هر ثانیه از خورشید به زمین می‌رسد، میلیون‌ها میلیون برابر قدرت یک بمب اتمی است.
هرچند و متأسفانه استفاده از انرژی رایگان و فراوان خورشیدی هنوز آن‌قدر که باید توسعه‌نیافته است، اما انرژی موردنیاز حدود ۱۶۰ هزار روستا در جهان بر پایهٔ انرژی خورشیدی است.
همان‌گونه که می‌دانید کشور اندونزی از چندین هزار جزیرهٔ کوچک و بزرگ تشکیل‌شده است و به‌کارگیری نیروگاه و خطوط انتقال در آن کشور در عمل امکان‌پذیر نیست. لذا در اکثر روستاهای اندونزی انرژی خورشیدی تنها راه‌حل است و به این طریق حدود ۲۰ میلیون نفر از مردم اندونزی انرژی لازم را از طریق خورشید کسب می‌کنند.
بنابراین با تحقیقاتی که در سراسر دنیا در حال انجام است، به‌زودی استفاده و بهره‌برداری از نیروگاه‌های بزرگ خورشیدی همه‌گیر خواهد شد.
امروزه شش شیوهٔ تولید برق از نور خورشید شناخته‌شده است؛ آینهٔ سهمی گون، دریافت‌کنندهٔ مرکزی، آینه‌های شلجمی (بشقابی یا استرلینگ)، دودکش خورشیدی، استخر خورشیدی، سلول‌های نوری (فتوولتاییک) اما امروزه بیشتر با به‌کارگیری سلول‌های خورشیدی یا راه‌اندازی نیروگاه‌های حرارتی، انرژی خورشید را مهار می‌کنند.
نیروگاه‌های خورشیدی با هزینه‌ای بسیار کم، بدون تولید گازهای مخرب و بدون اشتغال فضاهای مفید، به‌زودی جایگزینی کامل برای نیروگاه‌های سوخت فسیلی خواهند بود.
کشور ما، بر کمربند خورشیدی زمین قرار دارد و یک‌چهارم مساحت آن را کویرهایی با شدت تابش بیش از ۵ کیلووات ساعت به مترمربع، پوشانده است که اگر یک درصد این مساحت برای ساخت نیروگاه خورشیدی با بازده ۱۰ درصد به کار برود، تقریباً ۶۳ میلیون مگاوات ساعت برق تولید خواهد شد (حدود ۴ برابر تولید فعلی برق در کشور).
کاربردهای انرژی خورشید
- استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی.
- تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته به‌وسیله تجهیزاتی به نام فتوولتاییک.
استفاده از انرژی حرارتی خورشید
این بخش از کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی است.
۱ – کاربردهای نیروگاهی
تأسیساتی که با استفاده از آن‌ها انرژی حرارتی جذب‌شده خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شوند. در حقیقت انرژی حرارتی جذب‌شده از خورشید نقش انرژی حرارتی تأمین‌شده توسط بویلر در نیروگاه‌های با سوخت فسیلی را دارد. این تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده‌های موجود و برحسب اشکال هندسی متمرکز کننده‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:
- نیروگاه‌هایی که گیرنده آن‌ها آینه‌های سهموی خطی هستند.
- نیروگاه‌هایی که گیرنده آن‌ها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه‌های بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس می‌شود. (دریافت‌کننده مرکزی)
- نیروگاه‌هایی که گیرنده آن‌ها بشقابی سهموی (دیش) است.
مزایای نیروگاه‌های خورشیدی
الف) تولید برق بدون مصرف سوخت ب) عدم آلودگی محیط‌زیست پ) امکان تأمین شبکه‌های کوچک و ناحیه‌ای ت) استهلاک کم و عمر زیاد ث) عدم احتیاج به متخصص
۲ – کاربردهای غیر نیروگاهی
الف – آبگرمان خورشیدی و حمام خورشیدی
ب – گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی
پ – آب‌شیرین‌کن خورشیدی
ت – خشک‌کن خورشیدی
ث – اجاق‌های خورشیدی
ج – کوره خورشیدی
چ – خانه‌های خورشیدی
سامانه‌های فتوولتاییک
به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیسم‌های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتاییک و به هر سامانه‌ای که از این پدیده‌ها استفاده کند، سیستم فتوولتاییک گویند. انرژی فتوولتاییک تبدیل نور خورشید به الکتریسیته از طریق یک سلول فتوولتاییک (pvs) است، که به‌طورمعمول یک سلول خورشیدی نامیده می‌شود. سلول خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی است که معمولاً از آلیاژ سیلیکون ساخته‌شده است. وقتی فوتون‌ها به یک سلول فتوولتاییک برخورد می‌کنند، فوتون‌های جذب‌شده انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم می‌کنند. وقتی‌که نور خورشید (انرژی) توسط جسم نیمه‌رسانا جذب شود، الکترون اتم‌های جسم جابه‌جا می‌شوند. نحوه خاص ساخت سطح جسم باعث می‌شود، سطح جلویی سلول برای الکترون‌های آزاد بیشتر پذیرش یابد. بنابراین الکترون‌ها به‌طور طبیعی به سطح مهاجرت می‌کنند. زمانی که الکترون‌ها موقعیت خود را ترک می‌کنند، سوراخ‌هایی شکل می‌گیرد. ازآنجایی‌که تعداد الکترون‌ها زیاد است و هرکدام یک‌بار منفی را حمل می‌کنند و به سطح جلویی سلول می‌رود، توازن بار بین سطوح جلویی و عقبی به‌هم‌خورده و یک اختلاف‌پتانسیل الکتریکی، شبیه قطب‌های مثبت و منفی یک باتری ایجاد می‌شود. وقتی‌که دو سطح از میان یک‌راه داخلی مرتبط می‌شوند، الکتریسیته جریان می‌یابد.
سامانه‌های فتوولتاییک یکی از پرمصرف‌ترین کاربردهای انرژی‌های نو هستند. از سری و موازی کردن سلول‌های آفتابی می‌توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست‌یافت. به یک مجموعه از سلول‌های سری و موازی شده پانل (Panel) فتوولتاییک می‌گویند.
سامانه‌های فتوولتاییک را می‌توان به‌طورکلی به دو بخش اصلی تقسیم نمود؛ ۱ – پنل‌های خورشیدی: این بخش درواقع مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی هست. ۲ – مصرف‌کننده یا بار الکتریکی
سامانه‌های فتوولتاییک در جهان
سامانه‌های فتوولتاییک همچنان سریع‌ترین روند رشد را در میان فناوری‌های تولید انرژی به خود اختصاص داده‌اند و ظرفیت آن‌ها با ۷۰ درصد رشد در سال ۲۰۰۸، به ۱۳ گیگاوات رسیده است. به علت رشد ۶ برابری این دستگاه‌ها در مقایسه با ظرفیت جهانی در سال ۲۰۰۴، رشد ظرفیت سالانه سامانه‌های فتوولتاییک در شبکه‌های برق در سال ۲۰۰۸ ظرفیتی حدود ۵٫۴ گیگاوات ارزیابی‌شده است. بازار اسپانیا با افزایش ظرفیت نصب‌شده خود به میزان ۲٫۶ گیگاوات، حدود نیمی از ظرفیت‌های افزوده‌شده در کل جهان را در سال ۲۰۰۸ به خود اختصاص داده است. پس از اسپانیا، کشور آلمان در جایگاه دوم قرار دارد که در سال ۲۰۰۸، ظرفیت تولید انرژی از این نوع منبع را در حدود ۱٫۵ گیگاوات افزایش داده است. پس از اسپانیا و آلمان، سایر کشورهای بزرگ صنعتی سعی بر این داشته‌اند که با سرمایه‌گذاری در این بخش از قافله عقب نمانند که از آن جمله می‌توان به ایالات‌متحده آمریکا با ۳۱۰ مگاوات، کره جنوبی با ۲۰۰ تا ۲۷۰ مگاوات، ژاپن با ۲۴۰ مگاوات و ایتالیا با ۲۰۰ تا ۳۰۰ مگاوات افزایش ظرفیت اشاره کرد. بازارهای استرالیا، کانادا، چین، فرانسه و هندوستان نیز همچنان روند رو به رشد را طی کرده و بسیاری از کشورها ازجمله چین نیز به‌تازگی فعالیت خود را در این بخش آغاز کرده‌اند تا مجموع ظرفیت جهانی سیستم فتوولتاییک را در سال ۲۰۰۸ به بیش از ۱۶ گیگاوات افزایش دهند. در سال ۲۰۰۸، سه گرایش مشخص در بازارهای فتوولتاییک وجود داشته است: گرایش اول: توجه به توسعه پنل‌های فتوولتاییک برای استفاده در ساختمان‌ها بود که باوجود اختصاص سهم کمی از بازار، رشد سریعی را در جذب بازار از خود نشان داد به‌طوری‌که بیش از ۲۵ مگاوات از این سیستم در اروپا نصب شد. گرایش دوم: فناوری‌های فتوولتاییک ورقه‌ای بود که سهم بیشتری از سهم بازار را داشت. نیروگاه‌های مجهز به فتوولتاییک مقیاس بزرگ با ظرفیتی بیش از ۲۰۰ کیلووات بودند که به‌طور انبوه در سال ۲۰۰۸ راه‌اندازی شدند. تا پایان سال ۲۰۰۸، در حدود ۱۸۰۰ مورد از چنین نیروگاه‌هایی در سرتاسر جهان وجود داشتند، درحالی‌که این تعداد در پایان سال ۲۰۰۷ در حدود یک هزار نیروگاه بوده است. به‌طورکلی، مجموع ظرفیت این نیروگاه‌ها در حدود ۳ گیگاوات است که در مقایسه با سال ۲۰۰۷، تا سه برابر افزایش‌یافته است. اکثر نیروگاه‌های جدید در سال ۲۰۰۸ با مجموع ظرفیت بیش از ۱٫۹ گیگاوات در کشور اسپانیا نصب شدند و سایر نیروگاه‌های فتوولتاییک در کشورهای جمهوری چک، فرانسه، آلمان، ایتالیا، کره و پرتغال راه‌اندازی شدند. یکی از این نیروگاه‌ها، نیروگاه ۶۰ مگاواتی المدیا در شهر آلارکون اسپانیا است که با اتمام پروژه راه‌اندازی آن در سال ۲۰۰۸، در حال حاضر بزرگ‌ترین نیروگاه فتوولتاییک جهان لقب گرفته است. همچنین، نیروگاه‌های فتوولتاییک جدیدی در سایر کشورهای اروپایی و جهان ازجمله چین، هند، ژاپن و ایالات‌متحده آمریکا طراحی‌شده یا درحال‌توسعه هستند.
ادامه دارد…
