تحقیق در مورد انرژی خورشیدی و معایب آن

انرژی خورشیدی به زبان ساده یعنی استفاده از نور و گرمایی که خورشید به زمین می‌فرستد. این انرژی از دیرباز مورد توجه انسان بوده است.

**تاریخچه بهره‌برداری از انرژی خورشید:**

مردم در زمان‌های بسیار قدیم، از خورشید برای گرم کردن خانه‌هایشان و خشک کردن غذاها استفاده می‌کردند. حتی داستان‌هایی وجود دارد که در یونان باستان، از آینه‌های بزرگ برای متمرکز کردن نور خورشید و آتش زدن کشتی‌های دشمن استفاده می‌شد.

اما استفاده جدی از خورشید برای تولید برق، به حدود ۲۰۰ سال پیش برمی‌گردد. زمانی که دانشمندی فرانسوی موفق شد با یک وسیله خاص، انرژی خورشید را به انرژی مکانیکی تبدیل کند. پس از آن، به مرور زمان فناوری سلول‌های خورشیدی که نور را مستقیماً به برق تبدیل می‌کنند، اختراع شد. این فناوری در ابتدا بسیار پرهزینه بود و عمدتاً در فضاپیماها استفاده می‌شد، اما امروزه بسیار رایج‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر شده است.

**برخی از محدودیت‌ها و چالش‌ها:**

با وجود همه مزایا، انرژی خورشیدی محدودیت‌هایی نیز دارد:
* **وابستگی به هوا و شب:** در روزهای ابری یا در شب، پنل‌های خورشیدی نمی‌توانند انرژی تولید کنند. برای حل این مشکل، باید از باتری‌های بزرگ برای ذخیره‌سازی انرژی استفاده کرد.
* **هزینه اولیه:** اگرچه در بلندمدت مقرون‌به‌صرفه است، اما نصب و راه‌اندازی اولیه سیستم‌های خورشیدی می‌تواند هزینه زیادی داشته باشد.
* **نیاز به فضای زیاد:** برای تولید مقدار زیادی برق، به نصب تعداد زیادی پنل خورشیدی نیاز است که فضای وسیعی را می‌طلبد.

در کل، انرژی خورشیدی یک منبع پاک و تقریباً بی‌پایان است، اما برای استفاده گسترده از آن، باید راه‌حل‌هایی برای محدودیت‌هایش پیدا کرد.

انرژی خورشیدی چیست؟

انرژی خورشیدی، همان نیرویی است که خورشید به شکل نور و گرما در فضا پخش می‌کند. این انرژی، به عنوان پاک‌ترین و بی‌نظیرترین منبع انرژی تجدیدپذیر شناخته می‌شود و در واقع، منبع اصلی تمام انرژی‌هایی است که روی زمین در دسترس ما قرار دارد. در ادامه، بیشتر با این موضوع آشنا خواهیم شد. با آدینوشاپ همراه باشید.

این انرژی به دو روش مستقیم و غیرمستقیم به شکل‌های دیگر انرژی تبدیل می‌شود. به طور کلی، خورشید در هر ثانیه حدود ۱٫۳ × ۱۰ˆ۱۸ ژول انرژی از خود ساطع می‌کند.

انرژی خورشید هم مانند بقیه انواع انرژی، قابلیت تبدیل شدن به شکل‌های دیگر مانند گرما و برق را دارد. اما برخی مشکلات باعث شده نتوانیم از آن به اندازه کافی استفاده کنیم. این مشکلات عبارتند از: کمبود دانش فنی و تجربه عملی برای تبدیل کارآمد انرژی، تغییر میزان انرژی دریافتی به خلاف شرایط آب‌وهوایی، فصل‌های سال و زاویه تابش خورشید، و گسترده بودن مناطق تحت تابش.

کاربرد منابع عظیم انرژی خورشید برای تولید برق، استفاده در موتورها، گرم کردن فضاهای داخلی و ساختمان‌ها، خشک کردن محصولات کشاورزی و انجام تغییرات شیمیایی، به تازگی آغاز شده است.

تاریخچه انرژی‌ خورشیدی

از گذشته‌های بسیار دور، انسان‌ها با انرژی خورشید آشنا بودند و از آن برای کارهای گوناگون بهره می‌گرفتند. گویا در زمان سفالگری، کاهن‌ها در معبدها با جام‌های بزرگ و صیقلی طلایی، نور خورشید را جمع می‌کردند و آتش محراب‌ها را روشن می‌نمودند. یکی از پادشاهان مصر باستان نیز معبدی ساخته بود که درِ آن با طلوع خورشید باز و با غروب آن بسته می‌شد.

یکی از داستان‌های مشهور دربارهٔ بهره‌گیری از انرژی خورشید، مربوط به ارشمیدس، دانشمند بزرگ یونان باستان است. گفته می‌شود او با نصب آینه‌های کوچک مربعی روی یک پایه متحرک، نور خورشید را از فاصله دور روی کشتی‌های دشمن متمرکز کرد و آن‌ها را آتش زد. در ایران باستان نیز معماری سنتی نشان می‌دهد که مردم آن زمان چگونه از انرژی خورشید به خوبی و به‌جا استفاده می‌کردند.

اگرچه مزایای انرژی خورشید از قرن‌ها پیش شناخته شده بود، اما هزینه بالای راه‌اندازی چنین سامانه‌هایی و همچنین دسترسی به نفت و گاز طبیعی ارزان، مانع گسترش آن شد. پس از افزایش قیمت نفت در سال ۱۹۷۳، کشورهای صنعتی ناچار شدند به تولید انرژی از راه‌های دیگر — غیر از سوخت‌های فسیلی — توجه بیشتری نشان دهند.

منابع انرژی تجدیدپذیر خورشیدی

با اندازه‌گیری میزان انرژی خورشیدی که به لایه‌های بالایی جو زمین می‌رسد، می‌توانیم کل انرژی دریافتی از خورشید را به دست آوریم. این مقدار تقریباً برابر با ۱.۸ × ۱۰¹¹ مگاوات است. اما همه این انرژی به سطح زمین نمی‌رسد و بخشی از آن توسط لایه‌های مختلف هواکره جذب می‌شود.

ماده موجود در جهان عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده که بیشتر آن در فضای بین ستاره‌ها و کهکشان‌ها پراکنده است. نیروی کشش گرانشی بین ذرات، باعث فشرده شدن گاز و غبار می‌شود و این تراکم، به تدریج ابرهای ستاره‌ساز را تشکیل می‌دهد.

انرژی ذخیره شده در گرانش، دمای درون ستاره را افزایش می‌دهد و این افزایش دما، باعث بالا رفتن چگالی ستاره می‌شود. در نتیجه دمای درونی آن آنقدر زیاد می‌شود که به حالت پلاسمای خورشیدی می‌رسد.

در چنین شرایطی، امکان همجوشی هسته‌ای فراهم می‌شود. با ترکیب دوتریوم و تریتیوم، مقدار قابل‌توجهی انرژی آزاد می‌گردد (۱۷.۶ مگاالکترون‌ولت). بنابراین، همان‌طور که اشاره شد، انرژی رسیده از خورشید به زمین توسط گردآورنده‌های خورشیدی جمع‌آوری شده و برای مصارف خانگی و صنعتی به کار می‌رود.

انرژی خورشیدی در ایران

ایران با داشتن نزدیک به ۳۰۰ روز آفتابی در سال، یکی از مناسب‌ترین کشورهای جهان برای بهره‌گیری از انرژی خورشیدی به شمار می‌رود. به دلیل موقعیت جغرافیایی ایران و پراکندگی روستاها در مناطق مختلف، استفاده از انرژی خورشیدی می‌تواند راهکاری بسیار مؤثر برای تأمین انرژی باشد.

به کارگیری انرژی خورشیدی در مقایسه با روش‌های دیگر انتقال برق به روستاها و مناطق دورافتاده، از نظر هزینه، جابجایی، نگهداری و موارد مشابه، بسیار به‌صرفه و عملی است.

بر اساس استانداردهای جهانی، اگر میانگین انرژی دریافتی از خورشید در روز بیش از ۳٫۵ کیلووات‌ساعت بر مترمربع (معادل ۳۵۰۰ وات‌ساعت) باشد، استفاده از سامانه‌های خورشیدی مانند کلکتورهای خورشیدی یا پنل‌های فتوولتائیک، کاملاً اقتصادی و مقرون به صرفه خواهد بود.

در بیشتر مناطق ایران، میزان انرژی تابشی خورشید حتی از این مقدار جهانی هم بیشتر است و در بعضی نقاط، مقدار آن به ۷ تا ۸ کیلووات‌ساعت در مترمربع نیز می‌رسد. با این حال، میانگین تابش خورشید در ایران حدود ۴٫۵ کیلووات‌ساعت بر مترمربع برآورد شده است.

تا به امروز، با توجه به شرایط جغرافیایی مناسب ایران، تعداد زیادی آبگرمکن خورشیدی و همچنین چندین حمام خورشیدی در مناطق مختلف از جمله خراسان، سیستان و بلوچستان، یزد و کرمان نصب و مورد استفاده قرار گرفته است.

پیشنهاد: تأمین برق پاک با استفاده از پنل‌های خورشیدی.

معایب صفحات خورشیدی

قیمت بالا

پیشرفت انرژی خورشیدی در هر کشور، به برنامه‌ریزی دقیق وابسته است. وقتی یک کشور برای توسعه این انرژی برنامه داشته باشد، می‌تواند مشوق‌های مناسبی ایجاد کند تا استفاده از انرژی خورشید در مقایسه با دیگر منابع انرژی، جذاب‌تر شود.

دلیل این نیاز به برنامه‌ریزی و حمایت دولت این است که هزینه اولیه راه‌اندازی سیستم‌های خورشیدی بسیار بالا است. از این رو، سرمایه‌گذاران شخصی برای خرید و نصب پنل‌های خورشیدی، به دریافت تسهیلات و حمایت‌های مالی نیاز دارند.

متناوب بودن

انرژی خورشیدی یک منبع متناوب و قطع‌شونده است. نور خورشید فقط در ساعات مشخصی از روز در دسترس است و پیش‌بینی وضعیت آب و هوا نیز همیشه آسان نیست. به همین دلیل، انرژی خورشید به تنهایی به عنوان منبع اصلی و مطمئن برای تولید برق مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

ذخیره سازی هزینه بر

دستگاه‌هایی که انرژی خورشیدی را در خود نگه می‌دارند، مثل باتری‌ها، باعث می‌شوند برق به صورت یکنواخت و پایدار در اختیار ما قرار بگیرد. اما هزینه این فناوری‌ها در حال حاضر بسیار بالا است.

 آلایندگی

اگرچه انرژی خورشیدی به خودی خود هیچ آلودگی تولید نمی‌کند، اما باید توجه داشت که تولید و استفاده از آن با چالش‌هایی همراه است.
برای مثال، در فرآیند ساخت سلول‌های خورشیدی، گازهایی مانند نیتروژن تری‌فلوراید و سولفور هگزافلوراید منتشر می‌شوند که از جمله گازهای گلخانه‌ای مضر هستند.
همچنین، جابجایی و نصب این سلول‌ها نیز ممکن است به طور غیرمستقیم باعث ایجاد آلودگی در محیط زیست شود.

مواد نایاب

برخی از انواع سلول‌های خورشیدی برای ساخت به موادی نیاز دارند که هم قیمت بالایی دارند و هم به مقدار کم در طبیعت یافت می‌شوند. این موضوع در مورد سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک که با ترکیباتی مانند کادمیوم تلوراید یا مس ایندیوم گالیوم سلناید ساخته می‌شوند نیز صدق می‌کند.

نیازمند فضا

وقتی می‌خواهیم بدانیم از یک منطقه مشخص چقدر انرژی می‌توان گرفت، یکی از پارامترهای مهم و اساسی که مطرح می‌شود، “چگالی توان” است که بر حسب وات بر متر مربع (W/m²) اندازه‌گیری می‌شود.
اگر یک نیروگاه خورشیدی چگالی توان پایینی داشته باشد، به این معناست که برای تولید برق مورد نیاز، باید زمین وسیعی برای نصب پنل‌های خورشیدی در نظر گرفته شود. به طور میانگین، در سطح جهان، چگالی توان تابش خورشید حدود ۱۷۰ وات بر متر مربع است.
منابع: ویکی‌پدیا، دانشنامه رشد، شرکت رویان صنعت