آینده‌‌ صنعت انرژی خورشیدی به سوی کدام فناوری خواهد رفت

امروزه هزینه‌‌ی تولید انرژی برق خورشیدی با سوخت‌های فسیلی رقابت می‌کند؛ اما آیا می‌‌توان گفت که این تکنولوژی در آمریکا به نقطه‌ی اوج خود رسیده است؟ احتمالاً این‌‌طور نیست. ما تنها در نقطه‌‌ی آغاز این فناوری هستیم.

طبق نقشه راه شرکت‌های فناوری آمریکایی که از سوی آزمایشگاه ملی انرژی‌‌های تجدیدپذیر (NREL) منتشر شده است، ما گزینه‌های مهمی در توسعه‌‌ی  صنایع خورشیدی پیش رو داریم. این به‌رغم واقعیت فعلی است که چین کاملا بر تولید انرژی فتوولتائیک در جهان تسلط یافته و ممکن است تا مدت‌‌ها همچنان به رهبری جهانی خود در این صنعت ادامه دهد.

مطالعه‌‌ی چشم‌انداز آینده‌‌ی انرژی خورشیدی حاکی از آن است که هنوز فرصت‌هایی در بازارهای ویژه‌‌ی این صنعت به چشم می‌‌خورد که حجم آن‌‌ها در دهه‌‌ی آینده به یک میلیارد دلار خواهد رسید. همچنان که انرژی خورشیدی ارزان‌‌تر و فراگیرتر می‌‌شود؛ کاربری‌‌های جدیدتری برای این انرژی تعریف خواهد شد.

به‌‌تازگی مطالعه‌‌ای با نام «گسترش بازارها و کاهش وزن تجهیزات فتوولتائیک توان بالا» از سوی کارشناسانی از NREL، وزارت انرژی و دانشکده‌‌ی معادن کلرادو منتشر شده است. این مطالعه نشان می‌دهد که دلایل خوبی وجود دارد که شرکت‌ها همچنان به‌‌دنبال گزینه‌های خلاقانه‌‌تری از انرژی خورشیدی باشند.

متیو ریس، دانشمند ارشد NREL و نویسنده‌‌ی اصلی مقاله توضیح می‌‌دهد که هم‌‌اکنون هزینه‌‌ی تولید برق خورشیدی با قیمت برق خریداری‌‌شده از شبکه در آمریکا به برابری رسیده است. این بدان معنا است که امروزه این انرژی می‌تواند با اقتصادی‌‌ترین منابع انرژی کشور (یعنی زغال‌سنگ و گاز طبیعی) رقابت کند.

نصب سقف‌های خورشیدی با استفاده از پنل‌های لایه‌نازک و سیستم گرمایشی

وی در مصاحبه‌ای اعلام کرد:

همان‌طور که امروزه دیگر هدف بشر از تولید خودرو، رقابت با اسب نیست؛ آینده‌‌ی صنایع خورشیدی نیز محدود به رقابت با صنایع فسیلی نخواهد بود.

انرژی خورشیدی در سال ۱۹۵۴ در آمریکا و توسط دانشمندان آزمایشگاه‌های بل واقع در ماری هیل از ایالت نیوجرسی اختراع شد. این اختراع، یک پنل ساخته‌شده از سیلیکون بود که وقتی زیر نور یک لامپ کوچک قرار می‌‌گرفت، می‌‌توانست انرژی کافی برای راه‌‌اندازی یک چرخ‌‌وفلک اسباب‌‌بازی را تولید کند.

ریس توضیح می‌‌دهد که در سال‌های اخیر، چین به‌‌کمک یارانه‌های دولتی و نوآوری‌های مبتنی بر سیلیکون اقدام به تولید انبوه کرده؛ به‌‌گونه‌‌ای که شرایط برای رقابت سایر کشورها دشوار شده است. اما او اشاره کرد که فناوری‌هایلایه‌نازک جدیدی برای ساخت پنل خورشیدی وجود دارد که به‌‌تازگی رشد خود را آغاز کرده‌‌اند. آن‌ها می‌‌توانند موازنه‌‌های موجود در بازارهای سنتی را برهم زده و حتی بازارهای جدیدی را ایجاد کنند.

ریس می‌‌گوید که صنایع سیلیکونی کریستالی در طول تاریخ از حمایت یارانه‌‌ای بیشتری در مقایسه با صنایع لایه‌نازک برخوردار بوده‌‌اند. بخش اعظمی از رشد صنایع فتوولتائیک با سرمایه‌‌گذاری چند میلیارد دلاری از سوی صنعت نیمه‌رسانا محقق شد که هدف اصلی آن ساخت رایانه‌‌های مدرن بود. انرژی خورشیدی در ابتدا یک چالش ثانویه بود؛ اما در نهایت به نقطه‌ای رسیده که در آن پنل‌های خورشیدی را می‌توان برای تولید برق به‌مدت ۳۰ سال ضمانت کرد.

دفتر پژوهش‌‌های نیروی دریایی آمریکا از جدیدترین پژوهش‌‌های NREL در تولید موادی برای ساخت پنل‌‌های خورشیدی لایه‌های نازک حمایت می‌‌کند. آن‌ها سبک‌تر و انعطاف‌پذیرتر از سیلیکون هستند و در ساختار آن‌‌ها از کادمیوم تلوراید، مس ایندیوم، گالیوم سلنیوم یا خانواده‌ای از سنگ‌هایی با نام پروسکایت استفاده می‌‌شود.

ریس خاطرنشان می‌‌کند که چالش فعلی نیروی دریایی، ساخت سبک‌‌ترین پنل‌‌های خورشیدی ممکن و یافتن موادی با هزینه‌‌ی بسیار پایین در تولید انبوه است.

استفاده از پنل‌های خورشیدی لایه‌نازک منعطف در صنایع نظامی

اساساً نگاه نیروی دریایی و دیگر واحدهای نظامی ایالات‌ متحده به برق خورشیدی، به‌‌عنوان روشی برای حذف باتری‌‌هاو کاهش تلفات جنگی است.

تجربه‌‌ی ارتش آمریکا در عراق و بعد در افغانستان نشان داده است که سربازان واحدهای پیشرو گاهی مجبورند تجهیزاتی با وزن ۴۰ تا ۵۰ کیلوگرم را با خود حمل کنند. بخش اعظم این تجهیزات، باتری‌‌های دستگاه‌‌های مختلف هستند.

این فقط بخش کوچکی از مشکلات بخش تدارکات است. این باتری‌ها باید توسط ژنراتورهای دیزلی شارژ شوند که برای تحویل سوخت آن‌‌ها به پروازهای پرهزینه یا چندین کاروان‌ کامیون حمل سوخت‌ نیاز است. این کاروان‌‌ها به‌کرات مورد حمله قرار می‌‌گیرند.

مطالعه‌‌ی جدید ادعا می‌کند که اگرچه تکنولوژی‌های نوین لایه‌نازک خورشیدی ممکن است گران‌تر از تکنولوژی‌‌های رایج سیلیکونی باشند؛ اما وزن سبک‌تر و انعطاف‌پذیری بیشتر این پنل‌‌ها می‌تواند قیمت بالای آن‌‌ها را توجیه‌‌پذیر کرده، وضعیت آماد و تدارکات را بهبود بخشیده و در کاربردهای نظامی، تلفات جنگی را کاهش دهد.

فناوری‌های آزمایشی

تجهیزات و بسته‌‌بندی سبک‌‌‌‌تر ممکن است در نهایت بتوانند با کاهش هزینه‌های نصب و بهره‌‌برداری تجهیزات خورشیدی، توجیه‌‌پذیری لازم را برای کاربری روی پشت‌بام خانه‌‌های مسکونی بیابند؛ اما پیش‌‌بینی می‌‌شود سرعت نفوذ این تکنولوژی در سایر بازارهای خورشیدی بیشتر باشد.

دانشمندان کاربردهای خورشیدی بیشتری را در ساختمان‌ها پیش‌بینی می‌کنند؛ به‌‌عنوان مثال، تجهیزات خورشیدی سبک می‌توانند روی پنجره‌ها، توفال‌‌ها و دیگر ساختارهای معماری اجرا شوند. افزایش تقاضا در این بازار باعث کاهش هزینه‌ها خواهد شد؛ این در حالی است که تولید شیشه‌‌های انعطاف‌‌پذیر و ضدخش ممکن است باعث کمک به توسعه‌‌ی این بازار شود.

در گزارش NREL، به استفاده از انرژی خورشیدی سبک‌‌تر و کم‌‌حجم‌‌تر در ماهواره‌های فضایی کوچکی به‌‌ نامcubesats اشاره شده است که کاربرد آن‌‌ها رو به گسترش است. ریس اشاره می‌‌کند که برخی خودروهای برقی مثلتویوتا پریوس با امکاناتی نظیر بهره‌‌گیری از انرژی خورشیدی و تجهیز یک پنکه‌‌ی کوچک که گرما را از داخل ماشین‌های پارک‌شده خارج می‌کند، عرضه می‌‌شوند. چنین ابتکاراتی با یک گام صرفه‌‌جویی بیشتر در انرژی الکتریکی، مدت کارکرد خودروهای الکتریکی را افزایش می‌‌دهند.

کاربرد سلول‌های خورشیدی در هواپیمای بدون سرنشین Helios Prototype

یکی از تجهیزات خورشیدی کارآمدتر و کوچک‌تری که در این مطالعه مورد بحث قرار گرفته، «جذب و تبدیل نور از فضای داخل خانه» یا «تولید برق از ترکیب نورهای فضای داخلی» است. این گزینه ممکن است برای ساختمان‌های اداری کاربرد داشته باشد که هم از نور فضای باز و هم نور لامپ‌‌های سقفی بهره می‌برند. در این مکان‌‌ها، دستگاه‌های کوچک خورشیدی می‌توانند نور را دوباره به برق تبدیل کنند تا مورد استفاده‌‌ی ادوات الکترونیکی یا حسگرهایی قرار گیرد که در نزدیکی پریز برق نیستند.

ریس می‌‌گوید یکی دیگر از کاربردهای دستگاه‌‌های کوچک خورشیدی، در توسعه‌‌ی پهپادها و دیگر وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشینی مانند بالون‌‌ها است؛ به‌‌عنوان نمونه می‌‌توان به بالون‌‌هایی اشاره کرد که در سال گذشته پس از وقوع طوفان پورتوریکو برای راه‌‌اندازی سریع‌‌تر خدمات اینترنتی (ایمیل و پیامک) مورد استفاده واقع شد.

تکنولوژی‌‌هایی نظیر بالون‌‌های قابل هدایتی که توسط شرکت آلفابت (شرکت مادر گوگل) تولید شدند، تحت عنوان «فن‌آوری‌‌های آزمایشی» شناخته می‌‌شوند؛ در آینده چنین تجهیزاتی می‌توانند برای کمک به شهرها و کشورها در شرایط قطعی برق مفید واقع شوند.

همان­‌طور که یکی از متخصصین می‌‌گوید، کافی است هر کدام از این بالون‌‌ها را به‌‌عنوان یک برج مخابراتی مستقر در استراتوسفر در نظر بگیرید.

از نظر ریس، تکامل مستمر انرژی خورشیدی‌‌ به‌‌صورتی ارزان‌ و فراگیر، منجر به ورود این فناوری‌ به حوزه‌‌هایی خواهد شد که پیش‌ازاین توجیه اقتصادی نداشت. یکی از این نمونه‌ها، استفاده از انرژی خورشیدی در فرآیند نمک‌زدایی در مناطق غربی آمریکا است. وی خاطرنشان می‌‌کند:

به‌‌طور مشابه، در موضوعاتی مانند جذب دی‌‌اکسید کربن از اتمسفر، اگر هزینه‌‌ی تولید انرژی به‌­اندازه‌‌ی کافی پایین باشد، ممکن است بتوان فرآیندهای انرژی‌‌بَری نظیر مکش دی‌اکسید کربن از هوا و جامدسازی آن را از طریق این تکنولوژی اجرایی کرد.