آشنایی با انرژی خورشیدی

 

انرژی خورشیدی، انرژی حاصل از تابش خورشید است که قادر به تولید گرما، ایجاد واکنش های شیمیایی و تولید برق می‌ باشد. مقدار کل انرژی خورشیدی روی زمین بسیار فراتر از نیازهای انرژی فعلی و پیش بینی شده در سرتاسر جهان است. باید توجه داشت که اگر انرژی خورشیدی به درستی مهار شود، منبع بسیار بزرگی برای تامین انرژی آیندگان فراهم خواهد شد. در قرن بیست و یکم، انتظار می رود انرژی خورشیدی به دلیل عرضه پایان ناپذیر و ویژگی غیرآلاینده اش، برخلاف سوخت های فسیلی از جمله زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی، به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر به طور خیره کننده‌ای جذاب باشد.

خورشید بزرگترین منبع انرژی دریافتی زمین محسوب می‌شود، اما شدت آن در سطح زمین به دلیل گستردگی شعاع تابش و فاصله آن بسیار کم است. به زبان ساده زمانی که نور خورشیدی که به زمین می رسد تقریباً 50 درصد نور آن قابل رویت است. همچنین 45 درصد از تابش آن نور مادون قرمز است و 5 درصد دیگر شامل اشعه ماوراء بنفش و سایر اشکال تابش الکترومغناطیسی می‌باشد.

 

با این همه پتانسیل بهره مندی انرژی خورشیدی بسیار زیاد است، زیرا حدود 200.000 برابر ظرفیت تولید برق روزانه در جهان هر روز توسط زمین به شکل انرژی خورشیدی دریافت می شود. جالب است بدانید مقدار نور خورشید که در عرض یک ساعت و نیم به سطح زمین برخورد می کند، برای کنترل مصرف انرژی کل جهان برای یک سال کامل کافی است.

فناوری های تولید برق خورشیدی، نور را از طریق پنل های فتوولتائیک (PV) یا از طریق آینه هایی که تشعشعات خورشید را متمرکز می کنند، به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. این انرژی می تواند به طور مستقیم به منظور تولید برق استفاده شود یا در باتری ها ذخیره شود.

اگرچه انرژی خورشیدی رایگان است، اما هزینه جمع آوری، تبدیل و ذخیره سازی آن همچنان بهره برداری از آن را در بسیاری از نقاط محدود کرده است. خوشبختانه دنیای علم و تکنولوژی هر روز این محدودیت را کمتر کرده و هزینه‌های تولید انرژی خورشیدی در یک دهه اخیر کمتر از یک چهارم شده است.

 

سلول های خورشیدی (سلول های فتوولتائیک) قادر هستند تابش خورشید را مستقیماً به برق تبدیل کنند. در چنین سلول هایی، هنگامی که نور به محل اتصال یک فلز و یک نیمه هادی (مانند سیلیکون) یا اتصال بین دو نیمه هادی مختلف برخورد می کند، ولتاژ الکتریکی کوچکی تولید می شود.

توان تولید شده توسط یک سلول فتوولتائیک به طور معمول فقط حدود دو وات است. با اتصال تعداد زیادی سلول جداگانه به یکدیگر، هزاران کیلووات برق می‌تواند تولید شود. امروزه راندمان انرژی بیشتر سلول‌های فتوولتائیک در حدود 20 درصد است که این راندمان در آزمایشگاه‌ها تا 30 درصد هم افزایش یافته است و به‌ سرعت در حال رشد و کارآمدی بیشتر می‌باشد.

 

سلول‌های فتوولتائیک کوچکی که با نور خورشید یا نور مصنوعی کار می‌کنند، کاربرد و بهره وری بسیار زیادی  پیدا کرده‌اند. به عنوان مثال می‌توان به ماشین‌حساب‌ها و ساعت‌ها اشاره کرد. همچنین کاربردهای وسیع تر این فناوری در تامین برق پمپ های آب، سیستم های ارتباطی در مناطق دور افتاده، ماهواره های هواشناسی و ارتباطات نمود پیدا کرده است.

پنل‌های سیلیکونی که از ساختار کریستالی تشکیل شده اند با بهره مندی از فناوری‌های نوظهور می‌توانند در سقف و نمای ساختمان‌ها کاربرد داشته باشند تا منبع برق شهری را تقویت کرده یا به طور کامل جایگزین آن شوند.

در پایان باید به این نکته اشاره داشت که آلودگی محیط‌زیست، تغییرات اقلیمی و کمبود منابع فسیلی جهان، جهان را به استفاده بیشتر از انرژی‌های تجدیدپذیر سوق می‌دهد. نمودار زیر که نمایان گر منابع تولید برق در جهان است، حکایت از روند نزولی استفاده از سوخت‌های فسیلی به‌ویژه زغال‌سنگ داشته و افزایش سهم انرژی‌های تجدیدپذیر را نشان می‌دهد. این موضوع آنچنان جدی است که شرکت نفتی توتال سرمایه‌گذاری در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر را در دستور کار خود قرار داده است. این شرکت بزرگ نفتی عدد قابل توجه 500 میلیون دلار را در حوزه انرژی های تجدیدپذیر سرمایه گذاری کرده است.

این رقم حدود 3 درصد از کل مخارج سرمایه ای شرکت بزرگ نفت فرانسه است و برنامه هایی برای افزایش آن تا 20 درصد طی 20 سال آینده در نظر گرفته شده است.