موانعی که پیش از انقلاب انرژی خورشیدی باید برطرف شوند

برق نیوز-محمد مهدی حیدرپور: چه اتفاقی رخ خواهد اگر جهان با اتمام سوخت های فسیلی مواجه شود؟ هیچ خودرویی قادر به حرکت نخواهد بود، برقی تولید نمی شود و تهویه هوا صورت نمی گیرد. به محض آن که آخرین باتری های باقیمانده خالی شوند، ما به قرون وسطی باز خواهیم گشت. اما نمی توانیم اجازه شکل گیری چنین اتفاقی را بدهیم.

به گزارش "گروه علم و فناوری" عصرایران، انرژی گران است و همان گونه که ما زمین را از نفت موجود در آن تهی می کنیم، قیمت انرژی روندی افزایشی را پیش خواهد گرفت مگر آن که روش دیگری را برای تولید انرژی بیابیم. این احتمال جدی وجود دارد که تا سال 2060 با اتمام سوخت های فسیلی مواجه شویم.

انرژی خورشیدی بهترین امید ما محسوب می شود اما توسعه این فناوری طی چند دهه گذشته آنچنان که باید گسترده و پر زرق و برق نبوده است. چه مدت طول می کشد تا انرژی خورشیدی به وعده های داده شده در این حوزه دست یابد؟ آیا انقلاب انرژی به موقع شکل می گیرد؟

جهان نیازمند انرژی خورشیدی است ...

با نگاهی عادلانه، انرژی خورشیدی تنها گزینه جایگزین برای سوخت های فسیلی نیست. گزینه های بسیار دیگری در سراسر جهان مورد بررسی قرار گرفته اند و در شرایطی که پتانسیل خود را نشان داده اند اما همه آنها دارای اشکالاتی جدی هستند. به عنوان مثال، انرژی بادی را مد نظر قرار دهید. باد در همه جا وجود دارد و سرشار از انرژی بالقوه است. باد یک انرژی سبز با آلودگی ناچیز محسوب می شود و هنگامی که مساله فضای مورد نیاز مطرح شود، گزینه ای نسبتا کارآمد است.

اما متاسفانه، باد غیر قابل پیش بینی است و اغلب به صورت متناوب پدیدار می شود. این شرایط چندان مفید نیست مگر آن که امکان ذخیره بلند مدت انرژی تولید شده را فراهم کرده باشیم. همچنین، توربین های بادی بسیار پر سر و صدا هستند و روند تعمیر و نگهداری آنها هزینه بر و خطرناک است.

افزون بر این، مزارع بادی بزرگ می توانند اثر فوری بر شرایط آب و هوای محلی (با تاثیرگذاری بر گردش هوا) و حیات وحشی محلی (مرگ پرندگان و خفاش ها به واسطه برخورد با توربین ها) داشته باشد. این مساله می تواند با توسعه توربین های بادی بدون تیغه کاهش یابد اما همچنان برای نتیجه گیری زود است.

نیروی برق‌آبی یکی دیگر از منابعی است که کارآمدی آن اثبات شده اما این گزینه نیز با مشکلاتی مواجه است. سدهای برق‌آبی برای زیست‌بوم های آبی مخرب هستند، موجب شکل گیری آب های راکد می شوند، در عادات مهاجرت حیوانات اختلال ایجاد می کنند و به طور آشکار مرگ بسیاری از انواع ماهی ها را موجب می شوند.

اشکال دیگر انرژی جایگزین شامل زیست‌سوخت ها و هیدروژن نیز برای غلبه بر اساسی‌ترین مشکلات با چالش هایی مواجه هستند که مصرف انرژی بیشتر برای تولید آنها نسبت به انرژی که برای مصرف ارائه می کنند را شامل می شود.

گزینه کلیدی دیگر انرژی هسته ای است که نسبت به سوخت های فسیلی با محیط زیست سازگاری بیشتری دارد. با این وجود، زباله های به جا مانده از نیروگاه های هسته ای همچنان مشکلی بزرگ محسوب می شوند. انرژی هسته ای می تواند برای ما زمان بخرد اما راه حلی دائمی برای مشکلمان نیست.

در نتیجه انرژی خورشیدی به عنوان تنها راه حل قابل قبول مطرح می شود.

... اما موانع بسیاری وجود دارند

اگر خورشید منجی ما برای کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی و جلوگیری از اتمام آنها محسوب می شود چه چیزی انقلاب خورشیدی را از توسعه باز داشته است؟ در این مسیر موانعی وجود دارند که باید آنها پشت سر بگذاریم. نخست، همانند انرژی بادی، انرژی خورشیدی نیز متناوب است. سلول های خورشیدی تنها زمانی که خورشید به آنها می تابد انرژی تولید می کنند. این مشکل ساده سلول های خورشیدی را در بخش های بزرگی از جهان بی اثر می سازد.

شهرهایی مانند لندن و سیاتل را در نظر بگیرید. در این مناطق بارش باران در طول سال بیش از تابش خورشید است. برای تامین نیروی این شهرها تنها از طریق انرژی خورشیدی هر روز تابش خورشید حداقل باید دو روز برق تولید کند. در حال حاضر، فناوری خورشیدی به هیچ وجه نزدیک به چنین قابلیت و توانایی نیست.

و یا کشورهایی که در نزدیکی قطب قرار گرفته اند را در نظر بگیرید. در این مکان ها خورشید برای شش ماه می تابد و پس از آن شش ماه تاریکی فرا می رسد. در نتیجه، مردم تنها نیمی از سال به برق دسترسی خواهند داشت. ادغام نیرو بین مناطق مختلف نیز یک مشکل دیگر را موجب می شود زیرا هدر رفت انرژی در خطوط نیروی طولانی گران تمام می شود. ما می توانیم این مشکل را با ابررساناهایی با دمای اتاق برطرف کنیم اما فناوری راه درازی برای تحقق آن پیش رو دارد.

در نتیجه با مشکل بزرگ دیگر روبرو می شویم که شامل ذخیره انرژی خورشیدی می شود. اگر تولید انرژی خورشیدی تنها در زمان هایی مشخص از طول روز و در مناطق خاصی از جهان امکان پذیر است پاسخ آشکار برای حل این مشکل ذخیره انرژی برای استفاده از آن در آینده است. متاسفانه صحبت در این زمینه بسیار آسان تر از انجام آن است.

مشکل این است که بسته های باتری ارزان از طول عمر یا قابلیت اطمینان کافی برخوردار نیستند در شرایطی که هزینه تولید بسته های باتری باکیفیت نیز بالا است. خوشبختانه شرکت هایی مانند تسلا از نسل آینده بسته های باتری هم برای مصرف کنندگان در مقیاس کوچک و هم برای استفاده شرکت ها در مقیاس بزرگ رونمایی کرده و قیمت ها کاهش چشمگیری داشته اند.

اما ذخیره انرژی خورشیدی زمانی کارایی دارد که بتوانیم برق بیشتری نسبت به آنچه نیاز داریم تولید کنیم و نیروی اضافی را ذخیره کنیم. بر همین اساس، مساله بهره‌وری سلول های خورشیدی مطرح می شود.

برای تامین برق هنگام شب، انرژی خورشیدی باید طی روز و هنگامی که خورشید می تابد، جذب و ذخیره شود. اما با استفاده مردم از برق در طول روز سلول های خورشیدی نیازمند جذب نور خورشید به میزان کافی برای تامین نیازهای روزانه و همچنین به میزان کافی برای شارژ باتری ها به منظور استفاده شبانه هستند. به بیان دیگر، اگر فرض کنیم شش ساعت در طول روز از تابش خورشید بهره‌مند هستیم، ظرفیت خورشیدی باید برای جذب 24 ساعت انرژی طی یک دوره زمانی شش ساعته کافی باشد.

به طور میانگین، یک پنل خورشیدی رتبه بندی شده برای استفاده مصرف کننده می تواند حدود 10 وات در هر ساعت در هر فوت مربع انرژی تولید کند. از این رو، برای تولید یک کیلووات ساعت انرژی شما به 100 فوت مربع پنل خورشیدی نیاز دارید. این در شرایطی است که خورشید در تمام طول روز و هر روز بتابد که می دانیم چنین چیزی همواره امکان پذیر نیست.

اگر شش ساعت تابش خوب خورشید را در نظر بگیریم ما نیازمند تعبیه چهار برابر پنل خورشیدی بیشتر هستیم که 400 فوت مربع را در بر می گیرد. با میانگین 5 دلار به ازای هر وات، یک سیستم 4 کیلووات ساعتی هزینه ای 20 هزار دلاری به همراه خواهد داشت. به لطف باتری های شرکت تسلا، اکنون می توان سه باتری 10 کیلووات ساعتی هر کدام به قیمت 3 هزار و 500 دلار را خریداری کرد. در نتیجه با پرداخت هزینه 30 هزار و 500 دلاری می توانید یک سیستم عملیاتی برای تامین برق روزانه خود و تا 30 ساعت ذخیره باتری با فرض در اختیار داشتن 400 فوت مربع پنل خورشیدی داشته باشید.

بدون تردید، این فرضیات نمی توانند برای بیشتر مردم جهان به ویژه در مناطق شهری امکان پذیر باشند. برای تحقق این شرایط به راه حلی عملی مانند ارتقا بهره‌وری سلول های خورشیدی و یا پوشش تمام ساختمان ها با آنها از طریق چیزی مانند فناوری سلول های خورشیدی قابل اسپری شدن نیاز داریم.

در نهایت، با مسائل بزرگی درباره زیرساخت های انرژی خورشیدی در سراسر جهان مواجه هستیم. درباره هر چیزی که اکنون با سوخت های فسیلی کار می کند مانند خودروها، نیروگاه ها و غیره فکر کنید. سپس درباره میزان کار مورد نیاز برای تبدیل همه آنها به گزینه هایی سازگار با انرژی خورشیدی فکر کنید.

بسیاری از نیروگاه ها باید تعطیل و یا حتی تخریب شوند تا به عنوان مزارع خورشیدی بازسازی شوند. خودروهای بنزینی، دیزلی و هیبریدی باید کنار گذاشته شوند تا خودروهای تمام الکتریکی مانند محصولات تسلا بکار گرفته شوند. همچنین هزینه هایی مانند تبدیل پمپ بنزین ها به ایستگاه های شارژ را نیز باید مد نظر قرار دهید. تمامی این موارد بسیار پر هزینه هستند.

اما با نگاهی به آینده و زیرساخت های بزرگتر انرژی خورشیدی می توان همچنان امیدوار بود. ام‌آی‌تی مطالعه ای را منتشر کرده است که دستیابی به گسترش و استقرار نیروی خورشیدی در مقیاس تراوات تا سال 2050 را ممکن می داند. این میزان برای 41.7 میلیارد خانواده با میانگین نرخ برق مصرفی آمریکایی ها کافی است. در نتیجه شاید گسترش بکارگیری انرژی خورشیدی پیش از اتمام سوخت های فسیلی امکان پذیر باشد.