فناوری های انرژی خورشیدی همچنان در حال پیشرفت هستند. روی سقف خانه تان پنل خورشیدی نصب می کنید و انرژی خورشیدی را به الکتریسیته تبدیل می کنید. البته سیستم های پیشرفته تر در روزهای ابری یا شب هم توانایی تولید انرژی دارند. در هر حال در این شرایط بازدهی آنها کمتر می شود. البته خود جو زمین جلوی بخشی از انرژی خورشید را می گیرد و به فضا برمی گرداند.

حال تصور کنید بتوانیم در مدار زمین در فاصله ای فراتر از 35000 کیلومتر یک نیروگاه خورشیدی بسازیم. تحقیقات صورت گرفته توسط ناسا و شرکت های فضایی دیگر نشان می دهد از نظر فناوری مانعی برای ساخت نیروگاه خورشیدی فضایی وجود ندارد. بلکه مانع اصلی بحث مالی پروژه است که چالش بزرگی است.

ماهواره های خورشیدی از تعداد زیادی پنل فتوولتائیک در مدار استفاده می کنند که از طریق فرستنده های امواج رادیویی انرژی خورشیدی را به گیرنده های بسیار بزرگ روی زمین منتقل می کنند. این انرژی می تواند هم به عنوان مکمل و هم جایگزین الکتریسیته مرسوم باشد.

با وجود پنل خورشیدی در فضا شبانه روز، هفت روز هفته و 99% سال انرژی خورشیدی خواهیم داشت. چون محور زمین مورب است ماهواره خورشیدی می تواند تقریبا همیشه نور خورشید را جذب کند. یک نیروگاه خورشیدی فضایی می تواند 250 مگاوات انرژی تولید کند و این رقم را تا 5 گیگاوات هم افزایش دهد.

امکان ساخت نیروگاه خورشیدی فضایی

انرژی خورشیدی موجود در فضا بسیار بسیار بزرگتر از انرژی روی زمین می باشد. خورشید با داشتن عمری در حدود 4-5 بیلیون سال می تواند منبع انرژی دراز مدت ما باشد. از آنجا که زمین تنها یک بخش از  2.3 بیلیون توان خورشید را دریافت می کند، تا کنون نیروگاه خورشیدی فضایی بهترین منبع انرژی شناخته می شود.

انرژی خورشیدی در تمام سفینه های فضایی استفاده می شود اما بهره برداری از آن در مقیاسی چند برابر با انتقال بی سیم می تواند تمام نیاز بشریت را تامین کند. در طراحی های جدید به جای کابل کشی به طول چند کیلومتر به انتقال بی سیم انرژی از طریق امواج مایکروویو یا لیزر به آنتن های گیرنده می اندیشند.

برای ساخت نیروگاه خورشیدی فضایی نیاز به فناوری ها و زیرساخت هایی هست که به چند مورد اشاره می کنیم:

• سفینه های کم هزینه تر و دوستدار محیط زیست. سفینه های امروزی هم بسیار گران تمام می شوند و هم خطر جدی برای جو محسوب می شوند.
• انتقال انرژی. چالش اصلی ارزیابی بهترین روش انتقال انرژی از ماهواره ها به سطح زمین می باشد که کمترین تاثیر منفی را بر محیط زیست داشته باشند.
• ساخت و عملیات در مدار زمین در مقیاسی بزرگ. به منظور جذب هر چه بیشتر انرژی می بایست ماهواره ها بزرگ باشند، حتی بزرگتر از ماهواره هایی که در ایستگاه فضایی بین المللی وجود دارند.

هر چند تبدیل این فناوری ها به یک نیروگاه واقعی نیازمند کار بسیار زیادی است اما از نظر منطقی دور از دسترس نیستند و برای بسیاری جذابیت دارد.  نیروگاه خورشیدی فضایی می تواند مشکل انرژی ما را برای مدت بسیار طولانی حل کند. هر چه زودتر اقدام کنیم، زودتر این «مدت طولانی» را آغاز کرده ایم.

فرایند ساخت نیروگاه خورشیدی نیازمند تلاشی مضاعف ضمن صرف زمان، سرمایه و تخصص می باشد. مراحل طی این فرایند را می توان به شرح ذیل دسته بندی نمود:

1. انتخاب مکان نیروگاه: انتخاب مکانی مناسب برای ساخت نیروگاه خورشیدی بسیار حیاتی است. این مکان باید دور از سایه و درختان باشد و دسترسی آسان به جاده و شبکه برق رسانی داشته باشد.
2. بررسی ابتدایی مالی : بر اساس اطلاعات کلی شامل تابش خورشید، هزینه زمین و ارتباط با شبکه برق رسانی انجام می شود.
3. مالکیت زمین: در این مرحله باید تملیک یا اجاره زمین صورت پذیرد.
4. طراحی مهندسی / انتخاب فناوری: طراحی مهندسی همزمان با انتخاب فناوری و فروشنده تجهیزات خورشیدی آماده سازی می­شود.
5. مجوزها: در این مرحله می بایست چندین مجوز را کسب نمود که بسته به مکان متفاوت است و زحمت و هزینه زیادی خواهد داشت. معمولا 15-20% هزینه پروژه نیروگاه خورشیدی مربوط به این بخش است.
6. توافق نامه خرید الکتریسیته: که باید توسط واحدی که الکتریسیته تولیدی را خواهد خرید، امضا گردد.
7. انتخاب EPC: باید یک پیمانکار EPC انتخاب شود. بر اساس نوع قرارداد ممکن است خرید پنل­های خورشیدی، اینورتر و سازه بر عهده شما باشد.
8. امور مالی: امور مالی پروژه باید انجام شود. این نوع پروژه­ها نیاز به سرمایه اولیه بالا و هزینه عملیات و نگهداری بسیار پایین دارند. معمولا 60-80% هزینه­ها بدهکاری است.
9. آزمایش و اتصال به شبکه برق رسانی: پس از اتمام ساخت نیروگاه و پیش از اتصال به شبکه برق رسانی باید عملکرد نیروگاه آزمایش شود.
10. عملیات و نگهداری در حین کار نیروگاه: عمر یک نیروگاه خورشیدی حدود 25-30 سال می باشد و نیاز کمی به نگهداری و کنترل دارد. ایمورترها باید پس از 10-15 سال جایگزین شوند. در صورت خرابی یک ماژول خورشیدی باید تعویض شود تا کارایی نیروگاه را مختل نکند.

ساخت نیروگاه خورشیدی نیاز به مدیریت پروژه و مهارت های فنی متمایز از پروژه های صنعتی با ویژگی های خاص دارد. مراحل ذکر شده در بالا چکیده ساده ای از فرایند ساخت نیروگاه خورشیدی است. در واقع چنین پروژه ای نیازمند مهارت های خاص و دقیق می باشد. مدت زمان تکمیل یک نیروگاه با توجه به مجوزها و تجربه و تخصص از 3 ماه تا 2 سال خواهد بود.

نیروگاه خورشیدی با ظرفیت بالا

در نیروگاه­های عظیم از پنل­­های خورشیدی استفاده می شود. تعداد این پنل­ها ممکن است هزاران یا میلیون­ها باشد. مثلا نیروگاه خورشیدی 290 مگاواتی آریزونا از 4.9 میلیون پنل خورشیدی تشکیل شده است. سعی می شود در چنین مقیاس­هایی ماژول­های خورشیدی با حرکت خورشید بچرخند تا دریافت پرتوهای خورشید تا 40% افزایش یابد.

در طی سال­های اخیر هزینه راه اندازی سیستم­های خورشیدی کاهش چشمگیری داشته است و باعث شده است این هزینه به نیروگاه­هایی که با سوخت فسیلی کار می کنند، نزدیکتر شود. بخش بزرگی از این کاهش به موجب پیشرفت­های فناوری و تولید ارزان­تر پنل خورشیدی در چین صورت گرفته است.

همچنین ساخت نیروگاه خورشیدی باعث ایجاد اشتغال در زمینه­های تولید، ساخت، عملیات و نگهداری می شود  که به مراتب بیشتر از میزان شغل­های نیروگاه های فسیلی است.

نیروگاه خورشیدی ساحلی

منابع انرژی جایگزین مانند مزارع بادی ساحلی تمام مزایایی را که آب می تواند داشته باشد، به همراه دارند. انتظار می رود نیروگاه خورشیدی یک رقیب جدی برای توربین های بادی باشد زیرا در حال حاضر پروژه های پنل خورشیدی شناور بسیاری در دست اقدام است.

البته جای تعجبی ندارد چون توربین های بادی ثابت کرده اند که دریا مکان مناسبی برای احداث نیروگاه می باشد. در ضمن ما روی «سیاره آبی» زندگی می کنیم که 71% سطح آن را آب پوشانده است. از آنجا که از این آب ها همانند زمین ها استفاده نمی کنیم، محل مناسبی برای نیروگاه های انرژی های تجدیدپذیر هستند.

بدون شک پنل های خورشیدی فوق العاده هستند اما در بسیاری موارد از تمام قابلیت هایشان استفاده نمی شود. پنل ها نیاز دارند در طول روز از تمام نور تابیده شده بهره ببرند هر چند در بسیاری موارد این اتفاق نمی افتد. بنابراین چشم انداز نیروگاه خورشیدی ساحلی بی نظیر به نظر می رسد.

ایده و مفهوم

شرکت های زیادی مفاهیم متفاوتی از نیروگاه خورشیدی شناور ارائه کرده اند. برای نمونه DNV (شرکت بازرسی و کنترل کیفیت جهانی) آشکار کرد آرایه های خورشیدی شناوری طراحی شده است که با توربین های بادی ساحلی رقابت می کنند. هدف این پروژه ساخت جزیره های مصنوعی متصل به هم است که 4200 پنل خورشیدی را در زمینی به مساحت یک زمین فوتبال جا ی می دهد.

این جزیره ها می توانند الکتریسیته بیش از 30000 نفر را تامین کنند. اگر چه این طرح موفقیت آمیز خواهد بود اما در حال حاضر متوقف شده است. زیرا بررسی ها نشان داده است با وجود تعداد زیادی مزارع ساحلی نفت و گاز ساخت مزارع انرژی حادثه آفرین خواهد شد.

یک شرکت سوییسی به نام Viteos نگرشی متفاوت را برگزیده است و در حال ساخت جزیره های مصنوعی کوچک تری است که در مکان هایی که هیچ مزرعه انرژی ساحلی وجود ندارد، شناور خواهند شد. همچنین ماموریت این شرکت بررسی اثرات مخرب آب روی تاسیسات نیروگاه می باشد. بیشتر تمرکز بر تحقیق و توسعه می باشد تا تولید خالص انرژی.

چگونه آب دریا به کمک تولیدکنندگان پنل خورشیدی می آید؟

آب دریا می تواند معادلات تولید کنندگان پنل خورشیدی و کل صنعت انرژی خورشیدی را بر هم بزند. از آنجا که یکی از عناصر کلیدی پنل های فتوولتائیک کادمیم کلراید می باشد که بسیار سمی و گران می باشد، تاثیر بسزایی بر فرایند تولید و قیمت پنل های خورشیدی خواهد داشت.

محققان دانشگاه لیورپول متوجه شده اند آب دریا حاوی منیزیم کلراید می باشد که می تواند جایگزین مناسبی برای کادمیوم کلراید باشد. این موضوع بدین معناست که این عنصر کلیدی به وفور یافت خواهد شد. تفاوت قیمت این دو ماده شگفت انگیز است و به عنوان ماده ای که در نمک حمام و توفو استفاده می شود، کاملا بی ضرر است.

بار دیگر راهی پیدا شده است تا از مزایای دریا بهره مند شویم. این بار ممکن است بر کل صنعت نیروگاه خورشیدی تاثیر باورنکردنی ای داشته باشد. این نیروگاه ها می توانند بازدهی بیشتر، هزینه کمتر و صد البته سبزتر باشند. البته ماموریت اصلی ایجاد شرایط زندگی پایدار برای همه انسان هاست.

نیروگاه خورشیدی متمرکز

پنل های خورشیدی تنها راه تولید انرژی پاک از پرتوهای خورشید به شمار نمی آیند. نیروگاه خورشیدی متمرکز با استفاده از آینه پرتوهای فرودی خورشید را در یک لوله یا نقطه ای کوچک متمرکز می کنند که در نهایت به گرما تبدیل می شود.

به جای استفاده مستقیم از این گرما همانند کلکتورهای حرارتی، این سیستم ها از آن به منظور به کار انداختن یک موتور بخار متصل به یک ژنراتور استفاده می کنند.

ایده متمرکز کردن نور توسط آینه و لنز در واقع بسیار قدیمی است. هر چند دانشمندان کاملا مطمئن نیستند اما طبق نوشته های ارشمیدس یونانیان باستان برای به آتش کشیدن کشتی های دشمن نور را توسط آینه ها متمرکز می کرده اند.

نیروگاه خورشیدی متمرکز در سراسر دنیا ساخته می شود اما بیشتر در مناطقی همچون خاورمیانه که بیابان های بلااستفاده دارد، مورد استقبال قرار گرفته است.

انواع نیروگاه خورشیدی متمرکز

• سهموی-خطی : این نوع سیستم ها اخیرا بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد و با کمک کلکتورهای سهموی نور را در دریافت کننده های خطی واقع در خط کانونی آن متمرکز می کنند. این دریافت کننده ها شامل مایعی هستند که با گرم شدن یک ژنراتور را به کار می اندازند. این دریافت کننده ها دارای تعقیب کننده هایی هستند که در طول روز خورشید را دنبال نی کنند تا حداکثر نور خورشید را جذب کنند.
• بازتابنده فرنل: با استفاده از چندین آینه تخت نور خورشید بر لوله های حامل مایع متمرکز می شود. آینه های تخت ارزان تر از آینه های سهموی هستند و این موضوع نیروگاه خورشیدی بازتابنده فرنل را کم هزینه تر می سازد.

• دیش استرلینگ: این فناوری خلاقانه در زمینه بازدهی پتانسیل بالایی از خود نشان داده است. در مدل های جدیدتر بازدهی به 34% نیز رسیده است. این سیستم از تعداد زیادی آینه سهموی بزرگ تشکیل شده است که نور را در یک نقطه متمرکز می کنند. با گرم شدن مایع درون دریافت کننده انرژی موتور استرلینگ تامین می شود. بازتابنده دیش دقیق تر از سیستم های دیگر خورشید را تعقیب می کند.

• برج خورشیدی: در این سیستم بازتابنده ها روی یک برج که حامل یک مایع مانند آب دریا است نصب می شوند. در هر زمان بازتابنده ها می توانند حرکت کنند بدون اینکه نیازی باشد خود برج جابجا شود که این مزیت این نوع نیروگاه خورشیدی است.

آینده نیروگاه خورشیدی متمرکز

نیروگاه خورشیدی متمرکز پتانسیل رشد بسیار بالایی دارد و می تواند تا سال 2050، 25% تقاضای دنیا را تامین کند. کشورهای زیادی در حال سرمایه گذاری روی این سیستم هستند که اسپانیا با بیش از 50 پروژه پیشتاز است. آمریکای جنوبی و آفریقا مکان های بسیار مناسبی برای این نیروگاه ها هستند که به زودی شاهد گسترش آن خواهیم بود. یکی از نکات منفی این سیستم ها خطر آنها برای حیات وحش است.

پرندگانی که نزدیک به پرتوهای متمرکز پرواز کنند ممکن است بمیرند هر چند آمار نشان می دهد که میزان مرگ آنها نسبت به نیروگاه های خطی و تصادفات جاده ای کمتر است. مسئله دیگر نیاز به زمین های بزرگ برای نصب این سیستم هاست. تنها راه حل استفاده از زمین هایی با کیفیت پایین و غیر قابل کشت است.

آیا انرژی خورشیدی واقعا سبز است؟ دلایل بسیاری عنوان می شود که انرژی خورشیدی به دلیل استفاده از سوخت برای تولید و همچنین برخی مواد شیمیایی مضر در طر فرایند نمی تواند به عنوان یک انرژی سبز در نظر گرفته شود. حال در ادامه به تعدادی از اثرات مثبت و منفی انرژی خورشیدی اشاره خواهیم کرد.

باید گفت انرژی خورشیدی مانند خیلی چیزها بی نقص نیست. مانند هر چیزی در زندگی، در تلاش برای تولید انرژی به منظور داشتن یک زندگی با کیفیت معقول، سربالایی و سراشیبی وجود دارد. درست است که در این فرایند انرژی بسیاری نیاز است و در تولید ماژول های خورشیدی از مواد شیمیایی سمی استفاده می شود، اما این واقعیت ها جوانب مثبت نیروگاه خورشیدی را  کتمان نمی کنند.

انتشار گازهای کربن

برای ساخت پنل های خورشیدی نیاز به سیلیکون می باشد که خود از ماده معدنی کوارتز بدست می آید. مواد اصلی دیگر آلومینیوم و مس یا نقره هستند که مقدار زیادی از آنها استخراج می شوند. فرایند تبدیل کوارتز به سیلیکون با قرار دادن آن در کوره هایی با دمای بسیار بالا و سپس ترکیب شیمیایی با مواد دیگر صورت می گیرد. انتشار گازهای کربن تنها در این فرایند ابتدایی یک نیروگاه خورشیدی اتفاق می افتد و در طول عمر آن انتشار گازهای گلخانه ای صورت نمی گیرد.

اثرات محیطی منفی نیروگاه خورشیدی

حال نگاهی بیندازیم به اثرات زیان باری که نیروگاه خورشیدی می تواند بر محیط زیست داشته باشد:

انرژی: تولید پنل خورشیدی بیش از دیگر روش های تولید انرژی نیاز به سوخت دارد. این مسئله به دلیل فرایند مورد استفاده در تبدیل مواد اولیه به فتوولتائیک بوجود می آید. کوارتز می بایست فراوری، پالایش و با دیگر مواد ترکیب شود و در این رویه از زغال سنگ در حجم بسیار بالایی استفاده می شود. زیرا حرارت دادن کوارتز به دمای بسیار زیادی نیاز دارد.

مواد شیمیایی: برای تبدیل سیلیکون به نیمه رسانایی که در پنل خورشیدی به کار گرفته می شود، از مواد شیمیایی سمی استفاده می شود. ممکن است در کارخانجات مختلف این مواد متفاوت باشند. متاسفانه برخی کارخانه ها زباله های سمی بسیاری تولید می کنند و یا قید بازیافت مواد باقیمانده را می زنند.

بازیافت: هر چند بازیافت در نیروگاه های خورشیدی هنوز مسئله ای جدی در نظر گرفته نمی شود، ولی در طی دهه های آینده که پنل های خورشیدی نیاز به جایگزینی دارند، این مسئله نگران کننده خواهد بود.

موارد فوق مسائل مهم در زمینه محیط زیست است که نیروگاه خورشیدی را درگیر می کند. هرچند در مجموع جوانب منفی انرژی خورشیدی نسبت به دیگر انرژی ها مانند زغال سنگ یا گاز طبیعی بسیار ناچیز است. وجود مواد شیمیایی در فرایند تولید اساسی است همانطور که در تولید بسیاری از انرژی ها حضور پررنگی دارد. زغال سنگ باید  با مواد شیمیایی پالایش و سپس سوزانده شود. انرژی هسته ای نیاز به حجم زیادی از مواد رادیواکتیو دارد. تولید توربین های بادی با استفاده از فلزات صورت می گیرد که باید استخراج شوند. هیچ شکلی از انرژی کامل و بی نقص نیست اما بعضی از آنها مزایای بیشتری دارند.

انواع نیروگاه خورشیدی:

نیروگاه خانگی؛  به نیروگاه‌های تا ۲۰ کیلووات میگویند

نیروگاه اقتصادی؛ به نیروگاه ۲۰ تا ۱۰۰ کیلووات میگویند

نیروگاه تجاری به نیروگاه‌های بزرگتر از ۱۰۰ کیلووات تا مقیاس چندین مگاوات میگویند

مزیت احداث نیروگاه:

بازگشت ۳ تا ۵ ساله سرمایه بسته به نوع نیروگاه، محل احداث و تجهیزات مصرفی(با طرح توجیهی و نرم افزارهای مربوطه قابل محاسبه است.)

طرح خرید تضمینی ۲۰ ساله برق تولیدی توسط دولت

طرح اختصاص وام برای احداث نیروگاه خورشیدی

میزان خرید تضمینی توسط دولت:

دولت با یک قرارداد خرید تضمینی به قیمت مصوب همان سال اقدام به خرید برق تولیدی می‌کند و هر ساله تعدیلی برابر تورم اعلامی به قیمت اولیه اضافه میکند.

قیمت خرید برق از نیروگاه خانگی به ازای هر کیلووات ۸۰۰ تومان، برای نیروگاه اقتصادی ۷۰۰ تومان و برای نیروگاه تجاری تا ۴۵۰ تومان است. البته قیمت های فوق مربوط به خرید تضمینی سال 96 است.

هزینه احداث:

هزینه احداث در نیروگاه های خانگی و اقتصادی با تجاری متفاوت است،

هزینه احداث نیروگاه خانگی و اقتصادی با تجهیزات برند معروف و خوب از حدود کیلوواتی ۴ الی ۷ میلیون تومان است ولی برای نیروگاه تجاری این رقم به عدد ۳/۵ تا ۵/۵ میلیون تومان می‌رسد.

به طور کلی احداث نیروگاه خورشیدی، یک پروسه تجهیز محور است و حدود 70 درصد هزینه های احداث، مربوط بهبخش خرید تجهیزات است.