آينده‌‌ صنعت انرژي خورشيدي به سوي كدام فناوري خواهد رفت

امروزه هزينه‌‌ي توليد انرژي برق خورشيدي با سوخت‌هاي فسيلي رقابت مي‌كند؛ اما آيا مي‌‌توان گفت كه اين تكنولوژي در آمريكا به نقطه‌ي اوج خود رسيده است؟ احتمالاً اين‌‌طور نيست. ما تنها در نقطه‌‌ي آغاز اين فناوري هستيم.

طبق نقشه راه شركت‌هاي فناوري آمريكايي كه از سوي آزمايشگاه ملي انرژي‌‌هاي تجديدپذير (NREL) منتشر شده است، ما گزينه‌هاي مهمي در توسعه‌‌ي  صنايع خورشيدي پيش رو داريم. اين به‌رغم واقعيت فعلي است كه چين كاملا بر توليد انرژي فتوولتائيك در جهان تسلط يافته و ممكن است تا مدت‌‌ها همچنان به رهبري جهاني خود در اين صنعت ادامه دهد.

مطالعه‌‌ي چشم‌انداز آينده‌‌ي انرژي خورشيدي حاكي از آن است كه هنوز فرصت‌هايي در بازارهاي ويژه‌‌ي اين صنعت به چشم مي‌‌خورد كه حجم آن‌‌ها در دهه‌‌ي آينده به يك ميليارد دلار خواهد رسيد. همچنان كه انرژي خورشيدي ارزان‌‌تر و فراگيرتر مي‌‌شود؛ متخصصي‌‌هاي جديدتري براي اين انرژي تعريف خواهد شد.

به‌‌تازگي مطالعه‌‌اي با نام «گسترش بازارها و كاهش وزن تجهيزات فتوولتائيك توان بالا» از سوي متخصص كارشناساني از NREL، وزارت انرژي و دانشكده‌‌ي معادن كلرادو منتشر شده است. اين مطالعه نشان مي‌دهد كه دلايل خوبي وجود دارد كه شركت‌ها همچنان به‌‌دنبال گزينه‌هاي خلاقانه‌‌تري از انرژي خورشيدي باشند.

متيو ريس، دانشمند ارشد NREL و نويسنده‌‌ي اصلي مقاله توضيح مي‌‌دهد كه هم‌‌اكنون هزينه‌‌ي توليد برق خورشيدي با ارزش برق خريداري‌‌شده از شبكه در آمريكا به برابري رسيده است. اين بدان معنا است كه امروزه اين انرژي مي‌تواند با اقتصادي‌‌ترين منابع انرژي كشور (يعني زغال‌سنگ و گاز طبيعي) رقابت كند.

 نصب سقف‌هاي خورشيدي با استفاده از پنل‌هاي لايه‌نازك و سيستم گرمايشي

وي در مصاحبه‌اي اعلام كرد:

همان‌طور كه امروزه ديگر هدف بشر از توليد خودرو، رقابت با اسب نيست؛ آينده‌‌ي صنايع خورشيدي نيز محدود به رقابت با صنايع فسيلي نخواهد بود.

انرژي خورشيدي در سال ۱۹۵۴ در آمريكا و توسط دانشمندان آزمايشگاه‌هاي بل واقع در ماري هيل از ايالت نيوجرسي اختراع شد. اين اختراع، يك پنل ساخته‌شده از سيليكون بود كه وقتي زير نور يك لامپ كوچك قرار مي‌‌گرفت، مي‌‌توانست انرژي كافي براي راه‌‌اندازي يك چرخ‌‌وفلك اسباب‌‌بازي را توليد كند.

ريس مي‌‌گويد كه صنايع سيليكوني كريستالي در طول تاريخ از حمايت يارانه‌‌اي بيشتري در مقايسه با صنايع لايه‌نازك برخوردار بوده‌‌اند. بخش اعظمي از رشد صنايع فتوولتائيك با سرمايه‌‌گذاري چند ميليارد دلاري از سوي صنعت نيمه‌رسانا محقق شد كه هدف اصلي آن ساخت رايانه‌‌هاي مدرن بود. انرژي خورشيدي در ابتدا يك چالش ثانويه بود؛ اما در نهايت به نقطه‌اي رسيده كه در آن پنل‌هاي خورشيدي را مي‌توان براي توليد برق به‌مدت ۳۰ سال ضمانت كرد.

دفتر پژوهش‌‌هاي نيروي دريايي آمريكا از جديدترين پژوهش‌‌هاي NREL در توليد موادي براي ساخت پنل‌‌هاي خورشيدي لايه‌هاي نازك حمايت مي‌‌كند. آن‌ها سبك‌تر و انعطاف‌پذيرتر از سيليكون هستند و در ساختار آن‌‌ها از كادميوم تلورايد، مس اينديوم، گاليوم سلنيوم يا خانواده‌اي از سنگ‌هايي با نام پروسكايت استفاده مي‌‌شود.

ريس خاطرنشان مي‌‌كند كه چالش فعلي نيروي دريايي، ساخت سبك‌‌ترين پنل‌‌هاي خورشيدي ممكن و يافتن موادي با هزينه‌‌ي بسيار پايين در توليد انبوه است.

استفاده از پنل‌هاي خورشيدي لايه‌نازك منعطف در صنايع نظامي

تجربه‌‌ي ارتش آمريكا در عراق و بعد در افغانستان نشان داده است كه سربازان واحدهاي پيشرو گاهي مجبورند تجهيزاتي با وزن ۴۰ تا ۵۰ كيلوگرم را با خود حمل كنند. بخش اعظم اين تجهيزات، باتري‌‌هاي دستگاه‌‌هاي مختلف هستند.

اين فقط بخش كوچكي از اشكالات بخش تداركات است. اين باتري‌ها بايد توسط ژنراتورهاي ديزلي شارژ شوند كه براي تحويل سوخت آن‌‌ها به پروازهاي پرهزينه يا چندين كاروان‌ كاميون حمل سوخت‌ نياز است. اين كاروان‌‌ها به‌كرات مورد حمله قرار مي‌‌گيرند.

مطالعه‌‌ي جديد ادعا مي‌كند كه اگرچه تكنولوژي‌هاي نوين لايه‌نازك خورشيدي ممكن است گران‌تر از تكنولوژي‌‌هاي رايج سيليكوني باشند؛ اما وزن سبك‌تر و انعطاف‌پذيري بيشتر اين پنل‌‌ها مي‌تواند ارزش بالاي آن‌‌ها را توجيه‌‌پذير كرده، وضعيت آماد و تداركات را بهبود بخشيده و در متخصصدهاي نظامي، تلفات جنگي را كاهش دهد.

 فناوري‌هاي آزمايشي

تجهيزات و بسته‌‌بندي سبك‌‌‌‌تر ممكن است در نهايت بتوانند با كاهش هزينه‌هاي نصب و بهره‌‌برداري تجهيزات خورشيدي، توجيه‌‌پذيري لازم را براي متخصصي روي پشت‌بام خانه‌‌هاي مسكوني بيابند؛ اما پيش‌‌بيني مي‌‌شود سرعت نفوذ اين تكنولوژي در ساير بازارهاي خورشيدي بيشتر باشد.

دانشمندان متخصصدهاي خورشيدي بيشتري را در ساختمان‌ها پيش‌بيني مي‌كنند؛ به‌‌عنوان مثال، تجهيزات خورشيدي سبك مي‌توانند روي پنجره‌ها، توفال‌‌ها و ديگر ساختارهاي معماري اجرا شوند. افزايش تقاضا در اين بازار باعث كاهش هزينه‌ها خواهد شد؛ اين در حالي است كه توليد شيشه‌‌هاي انعطاف‌‌پذير و ضدخش ممكن است باعث كمك به توسعه‌‌ي اين بازار شود.

در گزارش NREL، به استفاده از انرژي خورشيدي سبك‌‌تر و كم‌‌حجم‌‌تر در ماهواره‌هاي فضايي كوچكي به‌‌ نام cubesats اشاره شده است كه متخصصد آن‌‌ها رو به گسترش است. ريس اشاره مي‌‌كند كه برخي خودروهاي برقي مثل تويوتا پريوس با امكاناتي نظير بهره‌‌گيري از انرژي خورشيدي و تجهيز يك پنكه‌‌ي كوچك كه گرما را از داخل ماشين‌هاي پارك‌شده خارج مي‌كند، عرضه مي‌‌شوند. چنين ابتكاراتي با يك گام صرفه‌‌جويي بيشتر در انرژي الكتريكي، مدت كاركرد خودروهاي الكتريكي را افزايش مي‌‌دهند.

كاربرد سلول‌هاي خورشيدي در هواپيماي بدون سرنشين Helios Prototype

يكي از تجهيزات خورشيدي كارآمدتر و كوچك‌تري كه در اين مطالعه مورد مباحثه قرار گرفته، «جذب و تبديل نور از فضاي داخل خانه» يا «توليد برق از تركيب نورهاي فضاي داخلي» است. اين گزينه ممكن است براي ساختمان‌هاي اداري متخصصد داشته باشد كه هم از نور فضاي باز و هم نور لامپ‌‌هاي سقفي بهره مي‌برند. در اين مكان‌‌ها، دستگاه‌هاي كوچك خورشيدي مي‌توانند نور را دوباره به برق تبديل كنند تا مورد استفاده‌‌ي ادوات الكترونيكي يا حسگرهايي قرار گيرد كه در نزديكي پريز برق نيستند.

تكنولوژي‌‌هايي نظير بالون‌‌هاي قابل هدايتي كه توسط شركت آلفابت (شركت مادر گوگل) توليد شدند، تحت عنوان «فن‌آوري‌‌هاي آزمايشي» شناخته مي‌‌شوند؛ در آينده چنين تجهيزاتي مي‌توانند براي كمك به شهرها و كشورها در شرايط قطعي برق مفيد واقع شوند.

همان­‌طور كه يكي از متخصصين مي‌‌گويد، كافي است هر كدام از اين بالون‌‌ها را به‌‌عنوان يك برج مخابراتي مستقر در استراتوسفر در انديشه متخصصين بگيريد.

از انديشه متخصصين ريس، تكامل مستمر انرژي خورشيدي‌‌ به‌‌صورتي ارزان‌ و فراگير، منجر به ورود اين فناوري‌ به حوزه‌‌هايي خواهد شد كه پيش‌ازاين توجيه اقتصادي نداشت. يكي از اين نمونه‌ها، استفاده از انرژي خورشيدي در فرآيند نمك‌زدايي در مناطق غربي آمريكا است. وي خاطرنشان مي‌‌كند:

 به‌‌طور مشابه، در موضوعاتي مانند جذب دي‌‌اكسيد كربن از اتمسفر، اگر هزينه‌‌ي توليد انرژي به‌­اندازه‌‌ي كافي پايين باشد، ممكن است بتوان فرآيندهاي انرژي‌‌بَري نظير مكش دي‌اكسيد كربن از هوا و جامدسازي آن را از طريق اين تكنولوژي اجرايي كرد.