هر آن‌چه باید در رابطه با انرژی خورشیدی بدانید

زومیت: 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^۲، 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. اوایل امسال بود که در مقاله‌ای، چند مورد از روش‌های کاربردی که توسط متخصصین دانشگاه هاروارد به آزمایش گذاشته شدند، را شرح دادیم. 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 می‌برند (بله درست حدس زدید، شاهکاری دیگر از انیشتین، نظریه‌ای که در سال ۱۹۲۱، جایزه‌ی نوبل فیزیک را برای او به ارمغان آورد. جالب است که او هیچگاه جایزه‌ای برای نظریه نسبیت دریافت نکرد!). این 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.

البته چند وقت پیش خبر رسید که IBM موفق به تولید نوعی گیرنده‌ی حرارتی شده که با متمرکز ساختن پرتوهای نور در مرکز یک دیش آینه نشان، با کارایی بیشتری، تا ۲۰۰۰ برابر روش‌های فعلی، انرژی تابشی خورشید را ذخیره می‌کند که البته این طرح هنوز تا تولید انبوه و تجاری، فاصله‌ی زیادی دارد.

به‌ هرحال، تحقیقات هنوز ادامه دارد و خبرهای خوش و نویدهای پیشرفت، گاه و بیگاه از راه می‌رسند.

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. (البته گاهی هم این شرکت‌ها برای فرار از هزینه‌های سرمایش و خنک‌سازی دیتاسنترها، به مناطق قطبی پناه می‌برند)

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.

راه‌اندازی تجهیزات اولیه ممکن است هزینه داشته باشد؛ اما در دراز مدت، این هزینه‌ها جبران می‌شوند؛ چه از نظر مادی، و چه از نظر معنوی که همان حفظ و نگه‌داری از محیط زیست باشد. یکی از پیشگامان این تجارت در آمریکا، گوگل است که طیف وسیعی از محصولات خود را وارد بازار این کشور کرده.

بر اساس گزارشی، شهروندان در آمریکا می‌توانند با نصب صفحات خورشیدی، ۸۴ دلار در ماه و در نهایت ۲۰۱۶۰ دلار در طول ۲۰ سال پس‌انداز کنند. به هر حال، با توجه به منابع محدود سوخت‌های فسیلی، بشر مجبور خواهد شد که به منابع دیگر تولید انرژی روی بیاورد. اگر نیم نگاهی به آینده داشته باشیم، می‌بینیم که گزینه‌ای جز انرژی‌های پاک نخواهیم داشت. زیرا چه به دانش همجوشی هسته‌ای برسیم چه نرسیم، سوخت‌های هسته‌ای هم روزی تمام خواهند شد.

در این زمان، چه چیزهایی در خطر قرار دارند؟

سوزاندن سوخت‌های فسیلی برای تولید انرژی، باعث افزایش دمای زمین و هوای اطراف آن می‌شود. این گرمای اضافه می‌تواند صدمات بسیاری به وجود آورد. می‌تواند شرایط اقلیمی را تحت‌تأثیر قرار داده و باعث ناهنجاری‌های آب و هوایی شود. مثلاً در نقطه‌ای خشکسالی شود و در جایی دیگر طوفان‌های خسارت‌بار روی دهد؛ در حالی که در ناحیه‌ای دیگر به علت بارندگی‌های شدید و بی‌سابقه، سیل و طغیان راه افتاده است.

می‌تواند باعث ذوب‌شدن یخ‌ها و یخچال‌های قطبی شود که اثرات آن به صورت تغيير در ميزان دسترسي مردم به آب شيرين و آب مورد نياز برای کشاورزی، افزايش سطح آب درياها، پيشرفت خط ساحلی به سمت خشکی و حذف بعضی از جزاير از صفحه‌ی زمين نمايان می‌شود.


دوده‌ی حاصل از سوختن سوخت‌هایی چون نفت و گازوئیل، باعث اسیدی شدن باران و آسیب به محصولات کشاورزی و سازه‌های ساختمانی مرمری و همچنین آثار ارزشمند باستانی می‌شود.

با اسیدی‌شدن آب اقیانوس‌ها، ساحل‌های مرجانی که زیست‌گاه هزاران جانور آبزی است، از بین می‌رود و میزان اکسیژن مورد نیاز برای بقای آنان به شدت پایین می‌آید. در نهایت ممکن است تأثیراتی هم بر کیفیت غذای انسان‌ها به وجود آید.

اصلاً چرا راه دور برویم؛ انرژی گران است! گران است و هر ماه بخش قابل توجهی از درآمد خانواده را به خود اختصاص می‌دهد (این امر در اکثر کشورهای جهان، خصوصاً اروپا و آمریکای شمالی صادق است)

پس چرا هنوز منتظریم؟

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 زمانی‌که 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.