مقدمه
آیا می‌دانید انرژی خورشیدی حاصل از تابش یک ساعت خورشید بر زمین می‌تواند انرژی مورد نیاز برای یک سال کره‌ی زمین را تامین کند؟ بدون شک خورشید یک منبع انرژی قدرتمند است و حتی اگر ما قادر نباشیم که تمام انرژی حاصل از تابش آن را ذخیره نماییم، باز هم نصب صفحات خورشیدی می‌تواند تفاوت قابل ملاحظه‌ای را روی کره‌ی زمین ایجاد نماید. گرچه بحث‌هایی بر سر گران یا ناکارآمد بودن انرژی خورشیدی مطرح بوده است اما اکنون سودمندی انرژی خورشیدی برای محیط زیست و همچنین برای اقتصاد خصوصی ثابت‌شده است. به لطف رقابت‌های ایجاد شده بین تولیدکنندگان پنل‌های خورشیدی و کاهش هزینه‌ی استفاده از آن‌ها، به‌تدریج انرژی خورشیدی به منبع اصلی انرژی بسیاری از خانه‌ها در جهان تبدیل می‌شود. این فناوری در سال‌های اخیر بسیار بهبود پیدا کرده است و با سیستم‌های ذخیره‌ی انرژی خورشیدی، خورشید به منبع کارآمدتری برای انرژی پاک تبدیل شده است. در این مقاله به تشریح انرژی خورشیدی می‌پردازیم.
تولید انرژی از خورشید
تولید انرژی از تابش‌های خورشیدی به وسیله‌ی سیستمی متشکل از پنل‌ها یا صفحات خورشیدی، سیم‌ها، کابل‌ها، اینورتر، باتری و … صورت می‌گیرد که در پشت بام‌ها یا کنار جاده‌ها، در ماشین‌حساب‌های کوچک دستی و مواردی این چنینی نمونه‌های آن به چشم می‌خورد. سلول‌های خورشیدی موجود در این پنل‌ها از مواد نیمه‌هادی ساخته شده‌اند. هنگامی که نور خورشید به این صفحات می‌خورد الکترون‌های درون اتم آزاد می‌شوند. الکترون‌ها از طریق سلول خورشیدی جریان می‌یابند و برق تولید می‌کنند.
مزایای انرژی خورشیدی
منبع انرژی تجدیدپذیر: مهم‌ترین مزیت انرژی خورشیدی این است که یک منبع انرژی واقعاً تجدیدپذیر است. هر روز در تمام مناطق جهان می‌توان به آن دسترسی داشت. برخلاف برخی دیگر از منابع انرژی، ما نمی‌توانیم انرژی خورشیدی خود را تمام کنیم. انرژی خورشیدی تا زمانی که خورشید داشته باشیم قابل دسترسی خواهد بود، بنابراین تا زمانی که به گفته‌ی دانشمندان خورشید می‌میرد حداقل برای ۵ میلیارد سال آینده نور خورشید در دسترس ما خواهد بود.
کاهش هزینه‌های ناشی از مصرف برق: از آنجا که بخشی از برق مورد نیاز خود را به کمک انرژی خورشیدی تامین می‌نماییم هزینه‌ی قبوض برق کاهش می‌یابد. میزان این کاهش بستگی به اندازه‌ی سیستم خورشیدی شامل اینورتر، باتری، سیم و کابل به کار گرفته شده و میزان مصرف برق یا گرمای هر مصرف‌کننده دارد.
برنامه‌های متنوع: از انرژی خورشیدی می‌توان در زمینه‌های مختلف استفاده نمود. می‌توان از آن برق (به صورت فتوولتائیک) یا انرژی حرارتی تولید نمود. همچنین می‌توان از آن برای تقطیر آب در مناطقی که از نظر منابع آب تمیز در محدودیت هستند و یا تامین انرژی مورد نیاز ماهواره‌ها در فضا استفاده کرد. پنل‌های جذب انرژی خورشیدی می‌توانند با ساختار ساختمان‌ها ادغام شوند، برای مثال چندی پیش از پنجره‌های شفاف برای ذخیره و بازیابی انرژی خورشیدی رونمایی شده است.
هزینه‌های نگهداری پایین: سیستم‌های انرژی خورشیدی به طور کلی به تعمیر و نگهداری زیادی احتیاج ندارند. فقط باید نسبتاً تمیز نگه داشته شوند و دو بار تمیز کردن آن‌ها در سال کفایت می‌کند. تولیدکنندگان معتبر صفحات خورشیدی ۲۰ تا ۲۵ سال ضمانت پس از فروش برای آن‌ها ارائه می‌دهند. همچنین چون هیچ قسمت متحرکی در این صفحات وجود ندارد، دچار مسائلی مثل ساییدگی نمی‌شوند. معمولاً تنها بخشی که پس از ۵ الی ۱۰ سال باید تعویض شود اینورتر آن است؛ زیرا به طور مداوم در حال کار است تا انرژی خورشیدی را به برق و گرما تبدیل کند. به غیر از اینورتر، سیم و کابل‌های صفحات خورشیدی نیز به تعمیر و نگهداری نیاز دارند تا از اینکه سیستم انرژی خورشیدی با حداکثر بازدهی‌اش کار می‌کند اطمینان حاصل شود. بنابراین، پس از تأمین هزینه‌ی اولیه برای نصب صفحات خورشیدی می‌توان با هزینه‌ی بسیار کمی تعمیر و نگهداری آن را انجام داد.
پیشرفت تکنولوژی: فناوری در صنعت انرژی خورشیدی به طور مداوم در حال پیشرفت است و قطعاً این پیشرفت‌ها در آینده افزایش نیز خواهند یافت. نوآوری در فیزیک کوانتوم و فناوری نانو می‌تواند به طور بالقوه باعث افزایش اثر پنل‌های خورشیدی و دو برابر یاحتی سه برابر شدن تولید برق توسط سیستم‌های انرژی خورشیدی شود.
معایب انرژی خورشیدی
در کنار این مزیت‌ها تکیه بر انرژی خورشیدی معایبی نیز دارد.
هزینه‌ی خرید و نصب بالا: هزینه‌ی خرید پنل‌های خورشیدی نسبتاً زیاد است. این هزینه شامل خرید پنل خورشیدی، اینورتر، باتری، سیم و کابل و هزینه‌ی نصب آن است. البته با وجود پیشرفت‌های فناوری در این زمینه امیدهایی برای کاهش این هزینه‌ها وجود دارد.
وابستگی به وضعیت جوی: انرژی خورشیدی وابسته به وضعیت جوی است. اگرچه در روزهای ابری و بارانی نیز می‌توان تابش‌های خورشیدی را ذخیره نمود اما این شرایط بازدهی آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد و در صورت تداوم هوای ابری و بارانی برای چند روز تاثیر آن به صورت محسوس قابل ملاحظه است. بنابراین در طول شب یا زمستان منبع انرژی مناسبی نیست.
ذخیره‌ی انرژی خورشیدی گران است: انرژی خورشیدی باید بلافاصله استفاده شود، یا اینکه در باتری‌های بزرگ ذخیره شود. این باتری‌ها که در سیستم‌های خورشیدی خارج از شبکه استفاده می‌شوند، می‌توانند در طول روز شارژ شوند تا انرژی آن‌ها در شب استفاده شود. این روش راه حل خوبی برای استفاده از انرژی خورشیدی در تمام طول شبانه‌روز است اما بسیار گران است. در بیشتر موارد، استفاده از انرژی خورشیدی در طول روز و گرفتن انرژی از شبکه در طول شب هوشمندتر است (یعنی تنها در صورت اتصال سیستم به شبکه می‌توانید این کار را انجام دهید). البته خوشبختانه تقاضا برای انرژی معمولاً در طول روز بیشتر است.
از فضای زیادی استفاده می‌کند: تولید برق بیشتر به صفحات خورشیدی بیشتر، سیم و کابل و سایر اجزای بیشتری نیز نیاز دارد زیرا باید تا آنجا که ممکن است نور خورشید ذخیره شود. صفحات PV خورشیدی به فضای زیادی احتیاج دارند و برخی از سقف‌ها آنقدر بزرگ نیستند که بتوانند متناسب با تعداد صفحات خورشیدی مورد نیاز باشند. یک راه حل نصب برخی از پانل‌ها در حیاط است اما آن‌ها باید به نور خورشید دسترسی داشته باشند. اگر فضای لازم برای تمام پنل‌های مورد نظر خود را نداشته باشیم می‌توان تعداد کمتری را نصب کرد تا حداقل بخشی از انرژی مورد نیاز تأمین شود.
ارتباط با آلودگی: اگرچه آلودگی مربوط به سیستم‌های انرژی خورشیدی در مقایسه با سایر منابع انرژی بسیار کمتر است اما انرژی خورشیدی نیز می‌تواند با آلودگی همراه باشد. حمل و نقل و نصب سیستم‌های خورشیدی و اینورتر و باتری و سیم و کابل‌ها و … با انتشار گازهای گلخانه‌ای همراه است. همچنین برخی از مواد سمی و محصولات خطرناک مورد استفاده در فرآیند تولید سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی وجود دارند که می‌توانند به طور غیرمستقیم بر محیط زیست تأثیر بگذارند. با این وجود آلودگی انرژی خورشیدی بسیار کمتر از سایر منابع جایگزین انرژی است.
جمع‌بندی
انرژی خورشیدی به فناوری مهار انرژی خورشید و استفاده از آن بر روی کره‌ی زمین اتلاق می‌شود. از سال ۲۰۱۱ تا کنون این فناوری کمتر از یک دهم درصد از تقاضای جهانی انرژی را تولید کرده است. حجم زیادی از این انرژی تولیدی توسط سلول‌های فتوولتائیک یا صفحات خورشیدی که برای مثال در فضاپیماها، پشت بام ساختمان‌ها و ماشین‌حساب‌های دستی وجود دارد، تولید می‌شوند. سلول‌های خورشیدی از مواد نیمه هادی مانند آنچه در تراشه‌های کامپیوتر یافت می‌شود، ساخته شده‌اند. هنگامی که نور خورشید به این صفحات می‌خورد الکترون‌های درون اتم آزاد می‌شوند. الکترون‌ها از طریق سلول خورشیدی جریان می‌یابند و برق تولید می‌کنند. استفاده از این روش برای تولید انرژی مزایا و معایبی دارد که به تفصیل در این مقاله به آن‌ها پرداخته شد.
