براساس قانون پنج ساله برنامه ششم توسعه (۱۴۰۰- ۱۳۹۶) دولت باید سهم نیروگاههای تجدیدپذیر و پاک را تا پایان اجرای آن به حداقل ۵ درصد برساند ولی متاسفانه تا کنون چنین چیزی اجرا نشده است.
ماده ۵۰ قانون برنامه ششم توسعه تاکید دارد که دولت مکلف است سهم نیروگاههای تجدیدپذیر و پاک را با اولویت سرمایه‌گذاری بخش غیردولتی (داخلی و خارجی) با حداکثر استفاده از ظرفیت داخلی تا پایان اجرای قانون برنامه (سال ۱۴۰۰) به حداقل ۵ درصد ظرفیت برق کل کشور برساند.
همچنین براساس تصویب‌نامه هیات وزیران در سال ۹۵ و با استناد به اصل ۱۳۸ قانون اساسی ایران مقرر شده وزارتخانه‌ها، موسسات و شرکت‌های دولتی و نهاد‌های عمومی غیردولتی، بانک‌ها و شهرداری‌ها، براساس فهرستی که وزارت نیرو تعیین و منتشر کرده، وظیفه دارند در دو سال حداقل ۲۰ درصد از برق مصرفی ساختمان‌های خود را از انرژیهای تجدیدپذیر تامین کنند.
انرژی تجدیدپذیر انرژی‌ای است که از منابع تجدیدپذیر یا بازگشت‌پذیر مانند نور خورشید، باد، باران، موج، جزر و مد و گرمای حرارتی زمین به دست می‌آید و می‌توان آن را در مدت زمان کوتاهی توسط منابع طبیعی جایگزین کرد.
برآورد‌ها نشان می‌دهد حدود ۸۵ هزار مگاوات ظرفیت کل نیروگاههای کشور است که براساس قانون برنامه ششم توسعه می‌بایست حدود چهار هزار مگاوات از نیروگاهها تبدیل به نیروگاه تجدیدپذیر می‌شد؛ اما متاسفانه اکنون چیزی بیش از میانگین 850 مگاوات نیروگاه تجدیدپذیر در بخش خورشیدی و بادی تا پایان اسفند 1401 در کشور وجود ندارد.
رویکرد فعلی وزارت نیرو و ساتبا بیانگر آن است که عقب ماندگی زیادی در این بخش وجود دارد و جبران آن نیازمند حمایت‌های دولتی و تغییر نگرش مسئولان وزارت نیرو و سازمان بهره وری انرژی و انرژیهای تجدید پذیر (ساتبا) است.
در حال حاضر سوخت نیروگاههای حرارتی تا حدودی رایگان است و علاوه بر آن، این نیروگاهها بابت آلوده ساختن محیط زیست هزینه‌ای پرداخت نمی‌کنند؛ بنابراین می‌توانند به راحتی بر سر راه ساخت نیروگاههای تجدیدپذیر مانع ایجاد کرده و چه بسا مدیران فعلی با نگاه و رویکردی انتقام جویانه وارد عرصه شوند.
ایران یک کشور نفت خیز است و اقتصاد نفتی دارد لذا استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر سخت است. علاوه بر این، نوسان‌های ارزی، قیمت تجهیزات مورد نیاز انرژیهای تجدیدپذیر را افزایش داده است. توسعه انرژیهای تجدیدپذیر نیاز به حمایت‌های ویژه دولتی دارد، زیرا اگر کسی بخواهد با سرمایه شخصی خود اقدام به راه اندازی و ساخت نیروگاههای خورشیدی کرده و برق تولیدی را به همان نرخی که برق تولیدی با سوخت‌های فسیلی دارند به فروش رساند نمی‌تواند در این رقابت نابرابر به جایی برسد.
با افزایش نرخ ارز، قیمت تجهیزات مورد نیاز برای ساخت نیروگاههای تولیدکننده انرژی تجدیدپذیر که بیش از ۷۰ درصد آن وارداتی است و در کشور تولید نمی‌شود توجیه اقتصادی نداشته و در یک سال اخیر نرخ ارز به صورت افسارگسیخته افزایش یافته و ما شاهد سرمایه گذاری در نیروگاههای تجدیدپذیر نخواهیم بود، خرید تضمینی برق تولیدی از سوی دولت با ضمانت ۲۰ ساله به دلیل عدم تطابق نرخ ارز و قیمت خرید تضمینی و تاخیر در پرداخت صورتحساب‌ها و مطالبات بخش خصوصی موضوعیت احداث نیروگاه را فاقد جذابیت‌های سرمایه گذاری در این بخش برای سرمایه گذاران کرده است.
هزینه خرید تضمینی انرژی برق از نیروگاههای تجدیدپذیر از مشترکان پرمصرف در قالب عوارض و مالیات دریافت می‌شود؛ ولی متاسفانه در کمیسیون بودجه با تاخیر‌های طولانی گا‌ها شش ماهه و یکساله به نیروگاه داران پرداخت می‌شود.
خرید تضمینی برق برای توسعه نیروگاههای تجدیدپذیر اجتناب ناپذیر است که در سال‌های اخیر با اجرای خرید تضمینی توفیق مناسبی در مشارکت بخش خصوصی به منظور راه‌اندازی نیروگاههای تجدیدپذیر حاصل نشده است.
نوسانات نرخ ارز بسیاری از قرارداد‌های منعقدشده نیروگاهی را از توجیه اقتصادی خارج کرده و وزارت نیرو (ساتبا) به دلیل مشکلات مالی و مدیریتی هنوز برای اصلاح این قرارداد‌ها اقدامی نکرده است.
کمبود منابع برق در کشور در سال جاری ۵ هزار مگاوات کسری برق در شبکه توزیع اعلام شده است که با توجه به رشد مصرف این کسری در سال آینده به ۸ هزار مگاوات می‌رسد؛ از اینرو انرژیهای نو به دلیل زودبازده بودن می‌تواند راهکار مناسبی برای جبران این کسری باشد. در صورت عدم تعدیل و تمدید قرارداد‌های خرید تضمینی برای نیروگاههای احداث نشده وزارت نیرو با بخش خصوصی به زودی شاهد خروج همه فعالان و سرمایه گذاران از این حوزه خواهیم بود.
سال‌های گذشته رشد مناسبی در این بخش صورت گرفت؛ اما از سال ۹۶ به دلیل مشکلات ارزی و تحریم‌ها و خروج ایالات متحده آمریکا از برجام سرعت پیشرفت این طرح‌ها در کشور کاهش یافت تا افت محسوسی را در این زمینه شاهد باشیم.
عدم تمدید قرارداد‌ها ازسوی وزارت نیرو (ساتبا) و نگاه یکسویه به عدم پیشرفت فیزیکی که سازندگان هیچ نقشی در به وجود آمدن آن نداشتند و شرایط سیاسی پیش آمده توسط ایالات متحده آمریکا و خروج از برجام تمامی سرمایه گذاران خارجی را در حالت شک و تردید نگاه داشته و اگر چنانچه شرایط بتواند به حالت قبل بازگردد می‌توان شاهد ساخت و احداث پروژه‌های نیروگاهی بود.
در بحث رگولاتوری برق و انرژی با وجود تلاش انجمن بهینه سازی و سندیکای برق هنوز توفیق چندانی در این حوزه به وجود نیامده است.
مقایسه انرژیهای نو در ایران نسبت به سایر کشورهای اروپایی
در حالی ضریب ظرفیت انرژیهای نو در ایران ۱۸ تا ۲۲ درصد است که این مهم در کشورهای اروپایی سهمی حدود ۱۵ تا ۱۷ درصد را به خود اختصاص داده است. در بخش‌های مرکزی کشور با ۳۰۰ روز آفتابی به همراه شهر‌های بادخیز می‌توان همپای منابع نفتی، برای کشور درآمدزایی کرد.
جایگزین کردن انرژیهای تجدیدپذیر با انرژیهای فسیلی نه تنها می‌توانست از نظر اشتغال آفرینی برای کشور بسیار سودمند باشد، بلکه می‌توانست از عوامل مهم در کاهش روزافزون آلودگی‌های محیط زیست هم به حساب بیاید.
مطرح کردن مشکلات زیست محیطی و ناآشنایی مسئولان استانی با قوانین احداث نیروگا‌های خورشیدی، فرایند اخذ مجوز‌ها را بسیار طولانی و فرصت سوزی‌های تکراری و خود تحریمی‌ها راه را دشوارتر کرد.
نیروگاههای تامین برق که با سوخت فسیلی فعالیت می‌کنند، علاوه بر مشکلات زیست محیطی و آلودگی‌هایی که دارند، به دلیل مصرف بالای آب برای خنک سازی، منابع آبی را نیز تحت الشعاع خود قرار می‌دهند. نیروگاههای گازی به علت استفاده از چاه آب باعث لطمات به بخش کشاورزی نیز شده است.
به دلیل مشکلات موجود در تامین منابع مالی و دریافت اعتبارات بانکی، روند احداث نیروگاههای تجدیدپذیر با تاخیر مواجه شد.
تا سال ۹۶ زمان بازگشت سرمایه حدود ۵ سال بود و پس از آن به سودهی می‌رسید؛ اما به دلیل تصمیمات اخیر وزارت نیرو این زمان به ۹ سال افزایش یافته که باعث دلسردی و عدم استقبال بخش خصوصی برای سرمایه گذاری در این حوزه شده است.
هزینه‌های احداث هر کیلووات نیروگاه خورشیدی تقریبا ۸۰۰ یورو و نیروگاه بادی ۱۲۰۰ یورو است که با توجه به افزایش نرخ ارز و تامین تجهیزات ۷۰ درصدی از خارج، نیاز است درآمد‌ها متناسب با نرخ ارز افزایش یابد.
مشکلات موجود در زمینه تعدیل نرخ قرارداد‌های منعقدشده وزارت نیرو با بخش خصوصی بیانگر آن است که وزارت نیرو مکلف بوده که در صورت افزایش قیمت ارز این نوسان را در قرارداد‌ها اعمال کند، اما اکنون با تغییر قرارداد‌ها به زمان بهره برداری از نیروگاه، عملا پوشش ریسک توسط وزارت نیرو کاهش یافته است؛ از اینرو به دلیل زمانبر بودن تامین منابع مالی بسیاری از هزینه‌ها افزایش یافته و بخش خصوصی با مشکلات فراوانی مواجه شده است؛ بنابراین رسیدن به هزار مگاوات انرژی تجدیدپذیر تا پایان سال 1402غیر قابل تصور است.
این در حالی است که با توجه به هدف گذاری صورت گرفته در برنامه ششم توسعه به منظور رسیدن به ۵ هزار مگاوات انرژی نو، برای احداث سالیانه هزار مگاوات نیاز به یک میلیارد دلار سرمایه گذاری در سال است و تا در اجرای سیاست های برقی وزارت نیروتغییر ات اساسی صورت نگیرد بعید است تولید برق از نرژی خورشیدی رونق پیدا کند.
فناوری خورشیدی ساختمان‌های صنعتی، تجاری و مسکونی مشابه است (فتوولتائیک، گرمایش passive، نور روز و گرمایش آبی). البته ساختمان‌های غیرمسکونی می‌توانند از انواعی استفاده کنند که کاربرد خانگی ندارند. این فناوری‌ها شامل تهویه‌ی هوا، گرمایش و سرمایش خورشیدی هستند. در ادامه به صورت مختصر به انواع کاربردهای انرژی خورشیدی در مقیاس خانگی و صنعتی اشاره شده است:
گرمایش، سرمایش، تهویه: دودکشی خورشیدی (دودکش گرمایی) یک سیستم تهویه‌ی خورشیدی passive است که از یک محور عمودی تشکیل شده است. این محور بیرون و درون ساختمان را به یکدیگر وصل می‌کند. با گرم شدن دودکش هوای داخل ساختمان هم گرم می‌شود و هوا را به داخل ساختمان می‌کشد. از گیاهان و درختان فصلی می‌توان به‌عنوان واسطه‌ای برای کنترل گرمایش و سرمایش خورشیدی استفاده کرد. اگر گیاه در بخش جنوبی ساختمان قرار بگیرد، برگ‌های آن در طول تابستان سایه تولید می‌کنند و در زمستان شاخه‌های لخت و بدون امکان عبور نور را فراهم می‌کنند.
آشپزی: اجاق‌های خورشیدی از نور خورشیدی برای آشپزی، خشک کردن و پاستوریزه‌سازی استفاده می‌کنند. این وسایل به سه دسته‌ی عمده تقسیم می‌شوند: اجاق‌های جعبه‌ای، اجاق‌های پنلی و اجاق‌های انعکاسی.
در روش‌های جدید طراحی خورشیدی از مدل‌سازی کامپیوتر استفاده می‌شود و سیستم‌های گرمایش، نورپردازی و تهویه‌ی خورشیدی در یک مجموعه‌ی یکپارچه ارائه می‌شوند. تجهیزات خورشیدی active مانند پمپ‌ها، فن‌ها و پنجره‌های قابل‌جایگزینی می‌توانند مکملی برای طراحی passive باشند و عملکرد کلی سیستم را بهبود دهند.
در ادامه مطلب دنبال کنید...
امروزه تغییرات اقلیمی، کمبود سوخت‌های فسیلی و آلودگی‌های زیست‌محیطی به یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های قرن بیست‌ویکم تبدیل شده است؛ بهره‌برداری از منابع انرژی تجدیدپذیر و پایدار تابشی خورشید از بهترین انرژیهای سازگار با محیط‌زیست به شمار می‌رود.
سیستم‌های انرژی خورشیدی در مقایسه با منابع انرژی متعارف، مزایای زیست‌محیطی قابل‌توجهی دارند که در سال‌های اخیر با پیشرفت روزافزون تکنولوژی، در بسیاری از کشورها جهت کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و مخاطرات زیست‌محیطی در نظر گرفته شده‌اند، چراکه دسترسی به آن آسان و مقدار آن نیز نامحدود است ضمن آنکه استفاده از این انرژی، برای محیط‌زیست آلودگی ندارد و به‌نام «انرژی پاک» یا «انرژی سبز» میراث با ارزشی برای نسل‌های آینده است.
مطالعات محققان بیانگر آن است که زمین حدود ۱۲۰ هزار تراوات انرژی از تابش خورشیدی دریافت می‌کند که این میزان ۲۰ هزار برابر بیش از نیاز واقعی جهان است؛ بنابراین اگر بتوانیم از این انرژی به نحو مطلوب استفاده کنیم، دیگر نباید نگران اتمام ذخایر نفت، زغال‌سنگ و گاز طبیعی باشیم. ایران به‌عنوان یکی از آفتابی‌ترین کشورهای دنیا بیش از هر گزینه‌ای قابلیت روی‌آوری به استفاده از چنین انرژی را دارد، زیرا در بین مدارهای ۲۵ تا ۴۵ درجه عرض شمالی کره زمین قرار گرفته و از نظر جغرافیایی در منطقه‌ای قرار دارد که به سبب دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان در بالاترین رده‌ها است و میزان تابش خورشید در آن حدود ۱۸۰۰ تا ۲۲۰۰ کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده است.
استان اصفهان با ظرفیت بالای روزهای آفتابی، در استفاده از انرژیهای خورشیدی پتانسیل بالایی دارد به طوری‌که نیروگاههای خورشیدی اصفهان در شهرستان‌های کاشان، شهرضا، مبارکه و جرقویه راه‌اندازی و حتی دامنه تولید برق از خورشید تا پشت‌بام منازل مسکونی هم رسیده است. بزرگ‌ترین نیروگاههای خورشیدی اصفهان در شهرستان کاشان با ۲۳۵ نیروگاه طی تولید سالانه سه‌ونیم مگاوات برق انرژی خورشیدی، ۳۵ درصد از برق خورشیدی استان را تولید می‌کند.
اصفهان با داشتن ۲۸ شهرستان و بیش از پنج میلیون جمعیت، ۹ هزار واحد تولیدی در کنار ۸۴۰ معدن در حال بهره‌برداری، ۱۸۰ هزار واحد صنفی و مصارف روزافزون بخش خانگی، نیاز به انرژی برق محسوس‌تر از قبل دارد، در این میان لزوم توسعه انرژی خورشیدی پایدار با توجه به نیاز روزافزون مصرف انرژی و کاهش منابع انرژی فسیلی، محدودیت‌های برق‌رسانی، تأمین سوخت برای نقاط و روستاهای دورافتاده و کاهش آلودگی هوا در کشور به ویژه در مراکز آلاینده همچون استان اصفهان می‌تواند بر ضرورت حفظ محیط‌زیست با بهره‌مندی از انرژیهای تجدیدپذیر، تأکید شود.
در ادامه مطلب دنبال کنید...
بخش برق، از مهمترین منابع انتشار گاز‌های گلخانه‌ای در سطح جهان است. طبق محاسبات به عمل آمده، حدود ۳۷.۵ درصد انتشار کربن در سطح جهان ناشی از فعالیت‌های تولید برق است. کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای از بخش برق، مستلزم استفاده از الگو‌های مختلف انرژی برای تولید برق است. مقایسه میزان انتشار گاز‌های گلخانه‌ای از فناوری‌های مختلف برق به انتخاب روش‌های مؤثر درکاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای کمک می‌کند.
برای توصیف عملکرد و اثر گلخانه‌ای باید موازنه انرژی بین زمین و فضا مورد مطالعه قرار گیرد. تابش‌های خورشیدی پس از عبور از فضا به جو زمین رسیده و قسمت اعظم آن توسط زمین جذب می‌شود. جذب این انرژی توسط زمین باعث گرم شدن کره زمین خواهد شد که این به نوبه خود باعث تابش امواجی از طرف زمین به فضا می‌شود. طبق قوانین فیزیکی، طول موج تابش‌های تولید شده از زمین با پرتوهای رسیده به سطح زمین متفاوت است. این بدان معناست که مثلاً اگر زمین تابش‌های مرئی را دریافت می‌کند، هنگام تابشِ خود پرتوهای گوناگونی تولید می‌کند که طول موج آنها با طول موج پرتوهای مرئی متفاوت است.
مشاهده شده است که زمین پس از گرم شدن، تابش‌های فروسرخ از خود منتشر می‌کند. قسمتی از این تابش‌های فرو سرخ از جو عبورکرده و قسمتی دیگر توسط گاز‌های گلخانه‌ای موجود در جو جذب شده و مجدداً توسط همین گاز‌ها به سطح زمین ازتابیده می‌شود. در حقیقت گاز‌های گلخانه‌ای که نسبت به نور مرئی شفاف بودند با تغییر طول موج پرتوها، به صورت نیمه شفاف عمل کرده و تمام تابش‌های فروسرخ بازتابیده از سطح زمین را از خود عبور نداده و مجدداً مقداری از آنها را به زمین بر میگردانند. گاز‌های گلخانه‌ای که در این پدیده دخالت می‌کنند عبارتند از:
بخارآب
دی اکسیدکربن
اکسید نیتروژن
متان
اُزون
کلروفلوئوروکربن‌ها
پِروفلوئوروکربن‌ها
هیدروفلوئوروکربن‌ها
جهت مطالعه ادامه موضوع به ادامه مطلب مراجعه کنید.
امروزه از انرژی خورشیدی به عنوان یکی از مهم ترین منابع انرژی یاد می‌شود، زیرا اساسا استفاده از انرژی خورشیدی آزاد است و دیگر هیچ کشوری نیاز به هزینه کردن برای استفاده از این انرژی ندارد. از طرفی دیگر به علت اینکه انرژی خورشیدی برای کل جهان نامحدود و بی حد و حصر است انسان می‌تواند به طور دائم از این انرژی برخوردار باشد.
معایب انرژی های فسیلی
سال هاست اکثر صنایع جهان از سوخت های فسیلی (زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی) استفاده می کنند. سوخت های فسیلی منابع تجدید ناپذیر هستند یعنی به وجود آمدن آن ها نیازمند هزاران هزار سال است و مدت زیادی نمی تواند جوابگوی تمام نیازهای انسان باشد و دیر یا زود تمام خواهد شد وهمچنین استفاده از این انرژی ها محیط زیست را هم آلوده می کنند از سویی دیگر تنوع بخشیدن به شیوه‌های تولید انرژی از ضروریات ایجاد امنیت در تامین عرضه سوخت مورد نیاز است.باید جایگزین مناسبی برای این سوخت ها تدارک دید.
مزایای انرژی خورشیدی
انرژی های نو همچون خورشیدی، باد، گرمایش زمین ، هسته ای و غیره... می تواند جایگزین بسیار مناسبی بویژه برای نسل های آینده باشد.
انرژی خورشیدی یکی از انرژیهای جدیدی است که در دنیا و در ایران مورد استفاده قرار گرفته است.
"مهدی سهرابی" کارشناس انرژی، فراوانی، پایداری، دوستدار محیط زیست، دسترسی آسان، بی سر و صدا بودن ، حمایت از طرف دولت و هزینه کم تعمیر و نگهداری را از مهم ترین مزایای استفاده از انرژی خورشیدی می داند.
ایران مناسب برای تولید انرژی خورشیدی
او با اشاره به اینکه ایران در منطقه گرم و خشک قرار گرفته است و در سال میانگین ۳۰۰ روز آفتابی دارد استفاده از این انرژی را بسیار مناسب می داند.
"ترکاشوند" مدیرعامل نیروگاه خورشیدی خلیج فارس همدان هم با بیان اینکه ۲۷ هزار مگاوات از برق کشور از نیروگاههای سیکل ترکیبی تولید می شود ،آلودگی محیط زیست و مصرف سوخت های فسیلی و تجدید ناپذیر را از معایب اینگونه نیروگاهها می داند و می گوید در کنار اینها باید به مصرف سالانه ۱۷ میلیون لیتر آبی که در این نیروگاهها استفاده می شود هم اشاره کرد که در شرایط بحران آب کنونی به مراتب مهمتر و با اهمیت تر است.
پیش از این آقای چیت چیان وزیر سابق نیرو گفته بود در قانون برنامه به تصویب مجلس رسیده است تا ۵ هزار مگاوات برق از نیروگاههای تجدید پذیر و عمدتا خورشیدی تامین شود.
استفاده از انرژی خورشیدی،دستور کار دولت
با همین رویکرد چند سالی است که استفاده از انرژی خورشیدی در دستور کار وزارت نیرو قرار گرفته است .آنطور که آقای "صادق زاده" معاون وزیر نیرو در انرژی های تجدید پذیر می گوید در دو سال گذشته حدود۴۰ نیروگاه خورشیدی با ظرفیت ۲۵۰ مگاوات وارد مدار بهره برداری شده است.
او می گوید کم آبی یکی از دغدغه های جدی در کشور بوده و روی آوردن به صنعت کم مصرف در آب گامی مهم در تحولات صنعتی و اقتصادی است و راه اندازی نیروگاههای بدون نیاز به آب اهمیت زیادی دارد .
این مقام مسئول می افزاید دولت تا ۲۰ سال به صورت خرین تضمینی برق حاصل از انرژی خورشیدی را از سرمایه گذاران شرکت ها و مالکان خصوصی می خرد.
این مطلب را در ادامه مطلب دنبال کنید...
خورشید یک راکتور هسته ای طبیعی بسیار عظیم است که در آن مواد بر اثر هم جوشی هسته ای به انرژی هسته ای تبدیل می شوند و در هر ثانیه ۴/۲ میلیون تن از جرمش به انرژی تبدیل می شود. میزان دما در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجۀ سانتیگراد است و از سطح آن حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه به صورت امواج الکترومغناطیس در فضا منتشر می شود، میزان انرژی ای که به این ترتیب به شکل نور مرئی، فروسرخ و فرابنفش به ما می رسد یک کیلو وات بر متر مربع است.
مدت زمان: 8 دقیقه 44 ثانیه
خورشید به توپ بزرگی آتشینی شباهت دارد که قطر و وزن آن حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است. این ستاره از گازهایی نظیر هیدروژن (۸۶/۸ ٪)، هلیوم (۳٪) و ۶۳ عنصر دیگر مثل اکسیژن، کربن، نئون و نیتروژن تشکیل شده است که انفجارهای بزرگی را به وجود می آورند و پرتوهای قوی گرما و نور را تولید می کنند. ۱/۳ پرتوها در راه رسیدن به زمین در فضا پخش می شوند و بقیه به زمین می رسند. از آنجائی که زمین در فاصلۀ ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است، ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول می کشد تا نور خورشید به زمین برسد.
پس خورشید یک منبع عظیم انرژی است که تا ۵ میلیارد سال آینده قابل استفاده است. حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین می گذرد و سوخت های فسیلی ذخیره شده در اعماق زمین، انرژی های باد و آب های جاری و امواج دریاها و سایر انرژی ها از جمله نتایج همین مقدار انرژی دریافتی زمین از خورشید است. پس می توان این انرژی تجدیدپذیر را به روش های مختلف به کار گرفت که مهم ترین کاربرد آن تولید نیروی برق است. این کار با استفاده از سیستم های خورشیدی انجام می شود.
در این مقاله در راستای بررسی عوامل مؤثر در راندمان سیستم خورشیدی ابتدا بررسی می کنیم که انرژی خورشیدی از کجا تامین می شود، در کشور ما پتانسیل انرژی خورشیدی چقدر است و انرژی خورشیدی چطور در پنل های خورشیدی به نیروی برق تبدیل می شود. سپس عوامل مؤثر در این زمینه را معرفی می کنیم.
انرژی خورشیدی یا Solar Energy چیست ؟
انرژی خورشیدی یا Solar Energy ، تلفیقی از قدرت تابش خورشید و تعداد ساعات قابل دریافت آن در محل موردنظر است. اندازۀ این پارامتر متغیر بوده و به موقعیت مکانی محل و زمان موردنظر (چه ماهی از سال) بستگی دارد. این پارامتر مرکب که ساعت های تابش نور خورشید و شدت آن را شامل می شود، آفتاب گیری یا شدت تابش خورشید نامیده شده و بر حسب وات بر متر مربع (W/m2) بیان می شود. واحد معمول تر و عملی تری به صورت «کیلووات ساعت بر متر مربع در روز» (kWh/day/m2) نیز استفاده می شود.
خورشید به عنوان منبع انرژی شناخته می شود که توان آن ۱۰۲۰ * ۳٫۸ MW، شار انرژی خورشیدی برابر ۶۳ MW/m2 و آن چه زمین دریافت می کند ۱۰۱۱ * ۱٫۷ MW است.
۸۴ دقیقه انرژی خورشید که به زمین می تابد برابر کل مصرف زمین در یک سال است.
همان طور که گفتیم در اعماق خورشید و قسمت مرکزی این کره سوزان، واکنش های هسته ای عظیمی رخ می دهند که موجب انتشار تابش های شدیدی از آن می گردد. این تابش ها به نوبۀ خود باعث ایجاد فوتون ها یعنی حامل های انرژی نوری می گردند. فوتون ها فاقد جرم فیزیکی بوده ولی مقادیر قابل توجهی از انرژی را با خود حمل کرده و بالطبع ، از تکانه با اندازۀ حرکت بالایی برخوردارند. فوتون های مختلف، حامل انرژی های نوری با طول موج های گوناگونی هستند. برخی از آنها حامل نور نامرئی (مادون قرمز و ماوراء بنفش) بوده و گروهی دیگر نورهای مرئی (سفید) را انتقال می دهند.
فوتون ها به تدریج و از مرکز خورشید، راهی سطح خارجی آن می شوند. گاهی اوقات این نقل و انتقال و جابه جایی ممکن است چیزی در حدود یک میلیون سال به طول بیانجامد! ذرات یاد شده پس از رسیدن به سطح خارجی خورشید با سرعتی در حدود یک میلیارد کیلومتر بر ساعت در فضا منتشر می شوند. با همۀ این ها، هر فوتونی که از سطح خورشید در فضا پراکنده می شود، در حدود هشت دقیقه بعد به سطح سیاره ما، یعنی زمین می رسد.
در این مسیر طولانی، یعنی فاصلۀ خورشید تا زمین، پاره ای از فوتون ها به سایر ذرات موجود، در فضا برخورد کرده و از مسیر خود منحرف می شوند و در تصادم با هر چیزی که جاذب تابش های خورشیدی باشد، گرما تولید می کنند. علت این که در یک روز آفتابی گرمتان می شود این است که بدن شما فوتون های ساطع شده از خورشید را جذب می نماید. اتمسفر یا جو زمین، بسیاری از این فوتون ها را قبل از رسیدن به سطح خود جذب می نماید.
این، یکی از دو علتی است که باعث می شود در اواسط روز، خورشید را گرم تر احساس کنیم. در این ساعات، خورشید تقریباً در بالای سرمان واقع شده و فوتون ها برای رسیدن به سطح زمین، مسیر کوتاه تر یا به عبارت دیگر، لایه نازک تر و دقیق تری از جو اطراف زمین را می پیمایند، در حالی که در حوالی غروب و ساعات پایانی روز، چون خورشید در حال غروب کردن بوده و اشعۀ آن به صورت مایل به زمین می تابد، فوتون ها مسیر طولانی تر، غلیظ تر و متراکم تری را طی می کنند.
برهان مزبور دربارۀ سرد بودن نسبی یک روز آفتابی زمستانی در قیاس با یک روز آفتابی تابستانی نیز صادق است. در این حالت و با توجه به آنکه در فصل زمستان، به خاطر انحراف محور گردش زمین از وضعیت عمودی، از خورشید دور می شود، فوتون ها ناچارند مسیر طولانی تر و به تبع آن، غلیظ تری را طی نمایند.
دلیل دیگری که در توجیه گرم تر بودن خورشید در ساعات میانی روز نسبت به ساعات پایانی می توان ارائه داد این است که شدت و میزان تراکم فوتون ها در میانۀ روز بسیار بیشتر است. وقتی به دلیل زاویۀ موقعیت شما در روی زمین نسبت به خورشید، خورشید در ارتفاع پایین تری قرار می گیرد، فوتون ها در فواصل طولانی تری پراکنده می گردند.
برق خورشیدی از تابش نور خورشید به سلول های خورشیدی تعبیه شده در پنل های خورشیدی تولید می گردد. این پدیده با سیستم های تأمین آب گرم و یا گرمایش خورشیدی که در آنها از انرژی خورشید برای بالا بردن دمای آب یا هوا بهره گرفته می شود، کاملاً متفاوت است.
اگر هدفتان این است که برای تأمین گرمایش از انرژی خورشید استفاده کنید، در نظر داشته باشید که بازده سیستم های گرمایش خورشیدی بسیار بهتر از نمونه های تولید کنندۀ برق خورشیدی بوده و برای تأمین یک میزان انرژی مشخص، به پنل ها یا به عبارت دیگر، کلکتورهای کوچکتری نیاز خواهید داشت. هرگاه صحبت از برق خورشیدی می شود، پای سلول های فتوولتائیک (یا اختصاراً PV) که در قالب پنل های خورشیدی به تولید برق می پردازند هم به میان کشیده می شود. در این مقاله، هر جا که به پنل های خورشیدی اشاره می شود، منظور، مجموعه یا سیستم هایی است که با داشتن سلول های فتوولتائیک قادر به تولید برق از انرژی خورشید بوده و با سیستم های گرمایش خورشیدی هیچ سنخیتی ندارند.
یک پنل خورشیدی برای تولید برق، از پدیده ای که اثر فتوولتائیک نامیده می شود، استفاده می کند. این پدیده در اوایل قرن نوزدهم و به توسط دانشمندانی کشف گردید که با تحقیقات مستمر و گوناگون متوجه شدند که مواد خاصی وجود دارند که وقتی در معرض تابش نور قرار می گیرند، باعث جاری شدن یک جریان الکتریکی در مدار خود می گردند. برای خلق این پدیده، دو لایه از مواد نیمه هادی خاص را باید با یکدیگر تلفیق کرد.
وقتی یکی از این لایه ها باید با کمبود الکترون ها مواجه باشد. لایه های مزبور در مواجه با نور خورشید، فوتون ها را جذب می کنند. با این عمل، الکترون ها تحریک شده و برخی از آنها از یک لایه به لایه بعدی جهیده و با این کار خود، باعث ایجاد یک جریان الکتریکی می گردند.
مادۀ نیمه هادی که در ساخت سلول خورشیدی به کار می رود، سیلیکون بوده و به صورت پولک های بسیار نازکی بریده و آماده سازی می شود. برای ایجاد یک حالت عدم توازن الکترونی در این لایه ها، به برخی از آن ها یک ناخالصی شیمیایی اضافه می گردد. پس از ایجاد این لایه ها، آن ها با نظم خاصی در کنار هم قرار گرفته و از مجموعه آن ها، یک سلول خورشیدی ایجاد می گردد. وقتی این مجموعه در معرض تابش نور خورشید واقع می شود، جریان الکتریسیته ای در آن تولید می گردد که از سرسیم های ظریفی که به دو طرفش متصل شده، قابل دریافت است.
هنگامی که یک فوتون به سلول خورشیدی برخورد می کند: یا باید جذب آن شود، یا با برخورد با سلول، منحرف و باز تابیده گردد و یا به طور مستقیم از آن عبور کرده و راه خود را ادامه دهد.
وقتی یک جریان الکتریکی از دو ترمینال یا سرسیم های سلول نوری اخذ می شود، زمانی است که فوتون، جذب سیلیکون سلول شده است. هر چه شدت نور و در نتیجه تعداد فوتون ها بیشتر باشد، میزان بیشتری از آنها جذب سلول خورشیدی شده و جریان الکتریکی شدیدتری تولید می گردد.
متن را در ادامه مطلب دنبال کنید.
