خورشید یک راکتور هسته ای طبیعی است که ریزبسته های انرژی به نام فوتون آزاد می کند که ۱۵۰ میلیون کیلومتر از خورشید به زمین را در طی ۸ دقیقه و ۳۰ ثانیه طی می کنند. استفاده از فناوری خورشیدی هر روزه در حال افزایش و به دنبال آن هزینه بهره گیری از آن به سرعت در حال کاهش می باشد. به گزارش آژانس بین المللی انرژی در سال ۲۰۱۷ انرژی خورشیدی برای اولین بار از سایر سوخت ها پیشی گرفته و به سریع ترین منبع انرژی در جهان تبدیل شد. خوشبختانه با این روند همه ما در سال های آینده به طریقی از مزایای برق تولید شده توسط خورشید بهره مند خواهیم شد. 

انرژی خورشیدی چیست؟

انرژی خورشیدی (به انگلیسی: solar energy) جزو انرژی های تجدیدپذیر می باشد که از نور و گرمای خورشید برای تولید انرژی الکتریکی یا حرارتی بهره می گیرد.

انرژی خورشیدی یک منبع انرژی تمیز، ارزان و تجدید پذیر است که تقریباً در همه جای دنیا قابل استفاده می باشد. هر نقطه ای که نور خورشید به سطح زمین برخورد کند، یک مکان بالقوه برای تولید این نوع انرژی است و از آنجایی که انرژی خورشیدی از خورشید تأمین می شود، یک منبع قدرت نامتناهی و بی حد و مرز می باشد.

با این اوصاف تولید برق از طریق انرژی خورشید را با سوخت های فسیلی مقایسه کنید! صدها هزار سال طول می کشد تا نفت، گاز و ذغال سنگ تشکیل شوند، اما روزی می رسد که به اتمام می رسند. در نقطه مقابل باد، خورشید و آب قرار دارند که به عنوان منابع انرژی تجدیدپذیر هیچوقت به اتمام نمی رسند. همیشه تابش خورشید در سطح زمین وجود خواهد داشت و پس از تبدیل نور خورشید به برق، هنوز مقدار نامحدودی از نور خورشید وجود دارد تا در آینده به الکتریسیته تبدیل شود.

رایج ترین نوع انرژی خورشیدی از طریق پنل های خورشیدی فتوولتائیک بدست می آید که پرتوهای خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کنند. علاوه بر این انرژی خورشیدی معمولاً در کاربردهای حرارتی برای گرم کردن فضاهای داخلی یا مایعات استفاده می شود. صاحبان املاک مسکونی و تجاری می توانند سیستم های آبگرمکن خورشیدی را نصب کرده و ساختمان های خود را طوری طراحی کنند که از فناوری انرژی خورشیدی نهایت استفاده را کنند.

پنل های خورشیدی در سه نوع مسکونی، تجاری و کاربردی نصب می شوند.

• نوع مسکونی معمولاً روی پشت بام خانه ها نصب می شود و به طور کلی بسته به اندازه آن، دارای توان بین ۵ تا ۲۰ کیلوواتی می باشد.
• نوع تجاری معمولاً در مقیاس بزرگتر از مسکونی نصب می شوند که هدف آنها تأمین انرژی خورشیدی در محل کار می باشد.
• نوع کاربردی در مقیاس چند مگاواتی نصب می شوند تا انرژی خورشیدی را برای تعداد زیادی از خدمات کاربردی و مجتمع های تجاری و مسکونی بزرگ فراهم نمایند.

تاریخچه مختصری از انرژی خورشیدی

در سال ۱۹۵۴ «لابراتوارهای بل» اولین سلول فتوولتائیک سیلیکونی را توسعه و گسترش دادند. اگرچه قبلاً از انرژی خورشیدی استفاده شده بود اما پس از سال ۱۹۵۴بود که انرژی خورشیدی در مدت زمان طولانی تبدیل به یک منبع انرژی قابل استفاده برای تولید برق شد. اولین سلول های خورشیدی، نور خورشید را با بهره وری کمتر از ۴ درصد به برق تبدیل می کردند در حالی که  امروزه می توانند نور خورشید را با بهره وری بالاتر از ۲۰ درصد به برق تبدیل کنند، درصدی که دائما در حال افزایش است.

اگرچه انرژی خورشیدی در ابتدا کمتر مورد پذیرش بود، اما افزایش بهای برق و گاز و کمک های یارانه ای و مشوق های مالیاتی برخی از کشورها برای نصب پنل های خورشیدی، گسترش و مقبولیت آن را افزایش دادند. امروزه انرژی خورشیدی ظرفیت کافی برای تولید برق ۱۱ میلیون خانوار  از ۱۲۶ میلیون خانوار جهان را به خود اختصاص داده است.

تنها در یک دهه گذشته هزینه نصب پنل خورشیدی بیش از ۶۰ درصد کاهش یافته و بسیاری از کارشناسان این صنعت پیش بینی می کنند که قیمت ها در سال های آینده به روند نزولی خود ادامه دهند.

مزایا و معایب انرژی خورشیدی کدامند؟

مزایا

۱- انرژی خورشیدی بدون آلودگی است و پس از نصب، منتشر کننده گازهای گلخانه ای نیست.

۲- وابستگی به نفت و سوخت های فسیلی را کاهش می دهد.

۳- انرژی تمیز تجدیدپذیری است که هر روز از سال در دسترس می باشد.

۴- به علت عدم پرداخت هزینه برق، از لحاظ مالی صرفه جویی می کنید.

۵- پس از نصب تقریباً ۳۰ سال طول می کشد تا پنل های خورشیدی رو به استهلاک بگذارند.

۶- با به کارگیری پنل های خورشیدی، برای افراد زیادی اشتغال ایجاد می شود و این کار به نوبه خود به اقتصاد کشور کمک می کند.

۷- در صورت عدم استفاده از انرژی خورشیدی تولید شده، انرژی اضافی را می توان به شرکت برق فروخت.

۸- پنل های خورشیدی را می توان تقریباً در هر نقطه نصب کرد.

۹- می توان از باتری ها برای ذخیره سازی انرژی اضافی برای استفاده در شب استفاده کرد.

۱۰- از انرژی خورشیدی می توان برای گرم کردن آب، تأمین برق نیروگاه ها و ساختمان ها و حتی اتومبیل های خورشیدی استفاده کرد.

۱۱- از جریان الکتریکی سنتی ایمن تر است.

۱۲- بهره وری استفاده از انرژی خورشیدی روز به روز پیشرفته تر و کارآمدتر می شود.

۱۳- تنوع مدل ها و شکل ظاهری این نوع انرژی در مقایسه با مدل های قدیمی بسیار زیاد است.

۱۴- برای کمک به هزینه های اولیه می توانید ازکمک های یارانه ای، مشوق های مالیاتی و برنامه های تخفیفی بهره مند شوید.

معایب

۱- هزینه مصالح و نصب پنل های خورشیدی بالا می باشد.

۲- به فضای زیادی احتیاج دارد.

۳- در شب به علت نبود خورشید، برای تأمین انرژی نیاز به ذخیره سازی انرژی (توسط باتری بزرگ) در روز داریم.

۴- دستگاه هایی که مستقیماً با قدرت DC کار می کنند گران تر هستند.

۵- اندازه پنل های خورشیدی برای تولید برق یکسان، بسته به موقعیت جغرافیایی متفاوت است.

۶- در ماه های زمستان تولید انرژی کمتر داشته و همچنین در روزهای ابری کارآیی زیادی ندارند.

۷- فعلاً به دلیل کمبود مواد و عدم دستیابی به فناوری های پیشرفته، پنل های خورشیدیِ مقرون به صرفه تولید نمی شوند.

۸- اتومبیل های خورشیدی در مقایسه با اتومبیل های معمولی قدرت و سرعت کمتری دارند.

انرژی خورشیدی چگونه کار می کند؟

یک صفحه خورشیدی شامل موارد زیر می شود:

۱- یک لایه از سلول های سیلیکون

۲- یک قاب فلزی

۳- یک واحد پوشش شیشه ای

۴- سیم برای انتقال جریان الکتریکی از سیلیکون

باید بدانید که سیلیکون یک ماده غیرفلزی با خاصیت رسانایی است که نور خورشید را جذب و به الکتریسیته قابل استفاده تبدیل می کند. هنگامی که نور به سلول سیلیکونی برخورد می کند، باعث می شود الکترون های موجود در سیلیکون حرکت کنند و تولید جریان الکتریکی را آغاز کنند که به این عمل تأثیر فتوولتائیک می گویند.

دانش تولید برق از پنل های خورشیدی به این تأثیر فتوولتائیک برمی گردد که نخستین بار در سال ۱۸۳۹ توسط ادموند بکرل کشف شد که به مواد نیمه هادی (نیمه رسانا) امکان می دهد وقتی در معرض نور خورشید هستند جریان الکتریکی ایجاد کنند.

۳ مرحله تولید انرژی توسط فرآیند فتوولتائیک

۱- سلول خورشیدی فتوولتائیک سیلیکونی، تشعشعات خورشیدی را جذب می کند.

۲- پرتوهای خورشید با سلول سیلیکون فعل و انفعالاتی را انجام می دهند که بر اثر آن الکترون ها شروع به حرکت می کنند و جریان الکتریکی ایجاد می کنند.

۳- سیم ها جریان مستقیم برق (DC) را می گیرند و به یک مبدل خورشیدی می فرستند تا به برق متناوب (AC) تبدیل شود.

آیا خانه من جای مناسبی برای استفاده از انرژی خورشیدی است؟

اگر در فکر استفاده از انرژی خورشیدی هستید، مهم است که بدانید آیا محل زندگی تان مکان مناسبی برای نصب پنل های خورشیدی است یا خیر؟ برای درک بهتر این موضوع به نکات زیر توجه کنید!

۱- صورتحساب انرژی شما چقدر است؟
مبلغی که شما برای قبوض گاز و برق می پردازید، اولین قدم در ارزیابی این امر است. سوال اصلی این است که آیا نصب پنل های خورشیدی باعث صرفه جویی در هزینه شما خواهد شد؟ در برخی از مناطق برق بسیار ارزان است و در برخی از کشورها قبض برق و گاز سرسام آور است. از آنجا که با نصب پنل های خورشیدی، انرژی خورشیدی جایگزین بقیه سوخت ها می شود، مشتریان با پرداخت هزینه کمتر می توانند از این فناوری بهره بگیرند. برای تهیه پنل های خورشیدی حتماً امروز با یک کارشناس مشورت کنید.

۲- آب و هوای محلی شما چگونه است؟
انرژی خورشیدی را می توان در انواع اقلیم ها از مناطق بارانی گرفته تا مکان های بسیار گرم استفاده کرد. پنل های خورشیدی با راندمان بالا، نور مستقیم و غیرمستقیم خورشید را به برق تبدیل می کنند، بنابراین حتی در روزهای ابری هم کار می کنند.

میزان انرژی تولید شده از پنل های خورشیدی را در منطقه خودتان توسط یک متخصص و کارشناس بررسی کنید و بسته به نوع آب و هوای منطقه تان پنل مناسب را انتخاب و نصب نمایید. برخی از پنل ها می توانند در برابر سخت ترین شرایط آب و هوایی از جمله تگرگ مقاومت کنند.

۳- نوع سقف خانه شما چیست؟

پنل خورشیدی بر روی سقف های قوی و بادوام (بتنی و فلزی) بهترین عملکرد را دارد. در سقف های چوبی یا سقف های ساخته شده از خاک رس یا ملات هم می توانید پنل های خورشیدی را نصب کنید، فقط باید یک فرد متخصص این کار را برایتان انجام دهد.

قبل از نصب پنل خورشیدی اگر سقف خانه شما نیاز به تعمیر و تعویض دارد این کار را در اولین فرصت انجام دهید. پنل های خورشیدی می توانند در طول ۵ سال پس از نصب هزینه اولیه را بازگردانند.

برای اینکه بدانید که خانه شما شرایط مناسبی برای جذب نور خورشید را دارا می باشد یا خیر، یک متخصص را برای تعیین میزان جذب نور خورشید، تعیین زاویه سقف و مقدار سایه درختان دعوت کنید تا ببینید سقف شما به حد کافی نورخورشید دریافت می کند یا خیر! هرچقدر میزان تابش مستقیم خورشید به خانه شما بیشتر باشد، پنل ها انرژی بیشتری تولید خواهند کرد.

نتیجه گیری

با اینکه در ایران هنوز سوخت های فسیلی رواج بیشتری دارند ولی این کشور هیچ طرح و برنامه ای برای کاهش وابستگی به این سوخت ها را ندارد.

وسایل نقلیه الکتریکی خورشیدی می توانند با هزینه های سوختی، تعمیر و نگهداری و تاثیرات زیست محیطی کمتر، بخش مهمی از تولید صنعت خودرو در سال های آینده باشند. با افزایش تولید وسایل نقلیه برقی نیاز فزاینده ای به برق وجود خواهد داشت، اما با تولید وسایل نقلیه خورشیدی که از انرژی ارزان و قابل اعتمادی خورشیدی استفاده می کنند دیگر نیازی به مصرف زیاد برق نخواهد بود.