انرژی خورشیدی در ایران

تاریخچه انرژی خورشیدی

شناخت انرژي خورشيد و استفاده از‌ آن براي منظورهاي مختلف به زمان ماقبل تاريخ باز می گردد . شايد به دوران سفالگری . در آن هنگام روحانيون معابد به كمك جامهاي بزرگ طلايي صيقل داده شده و اشعه خورشيد ، آتشدان های محراب ها را روشن مي‌كردند . يكي از فراعنه مصر معبدي ساخته بود كه با طلوع خورشيد درب آن باز و با غروب خورشيد درب بسته مي شد . ولي مهمترين روايتي كه درباره استفاده از خورشيد بيان شده ، داستان ارشميدس دانشمند و مخترع بزرگ يونان قديم ميباشد كه ناوگان روم را با استفاده از انرژي حرارتي خورشيد به آتش كشيد .

گفته ميشود كه ارشميدس با نصب تعداد زيادي آئينه هاي كوچك مربعي شكل در كنار يكديگر كه روي يك پايه متحرك قرار داشته است اشعه خورشيد را از راه دور روي كشتيهاي روميان متمركز ساخته و به اين ترتيب آنها را به آتش كشيده بود . در ايران نيز معماري سنتي ايرانيان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحيح و موثر از انرژي خورشيد در زمانهاي قديم بوده است .

با وجود آنكه انرژي خورشيد و مزاياي آن در قرون گذشته به خوبي شناخته شده بود ولي بالا بودن هزينه اوليه چنين سيستمهايي از يك طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف ديگر ، سد راه پيشرفت اين سيستمها شده بود . تا اينكه افزايش قيمت نفت در سال 1973 باعث شد كه كشورهاي پيشرفته صنعتي مجبور شدند به مسئله توليد انرژي از راههاي ديگر (غير از سوختهاي فسيلي) توجه جديتري نمايند .

طبیعت انرژی خورشیدی

خورشید ، گوی غول پیکر درخشانی در وسط منظومه شمسی و تامین کننده نور ، گرما و انرژی های دیگر زمین است . تقريبا تمامي منابع انرژي روي زمين بوسيله خورشيد تامين مي گردد . فقط انرژي اتمي ، انرژي داخل زمين و آن قسمتي از انرژي جذر و مد كه بوسيله نيروي جاذبه ماه ميباشد بوسيله خورشيد تامين نمي شود . انرژی خورشید به واسطه واکنش های ترکیبی اتمی در اعماق هسته آن تامین می شود .

در یک واکنش ترکیبی دو هسته اتم با یکدیگر همراه شده و هسته ای جدید را به وجود می آورند . ترکیب هسته ای در مرکز خورشید به دلیل دما و تراکم فوق العاده زیاد می تواند صورت پذیرد . از آنجائیکه بار ذرات مثبت است ، تمایل به دفع یکدیگر دارند اما دما و تراکم هسته خورشید به قدری زیاد است که می تواند آنها را در کنار یکدیگر نگاه دارد . رایج ترین ترکیب هسته ای در مرکز خورشید زنجیره پروتون-پروتون نام دارد. این فرایند زمانی انجام می گیرد که ساده ترین شکل از هسته های هیدروژن(دارای یک پروتون) در یک آن کنار هم قرار می گیرند .

نخست ، هسته ای متشکل از دو ذره به وجود می آید ، سپس هسته ای با سه ذره و در نهایت هسته ای با چهار ذره شکل می گیرد . در این فرایند همچنین یک ذره الکتریکی خنثی به نام نوترینو پدیدار می گردد . هسته نهایی شامل دو پروتون و دو نوترون است که در واقع هسته هلیوم می باشد . جرم این هسته به مقدار بسیار اندکی کمتر از جرم چهار پروتونیست که هسته از آن تشکیل شده است . جرم از دست رفته به انرژی تبدیل شده است .

این مقدار از انرژی به کمک فرمول مشهور فیزیکدان آلمانی ، آلبرت انيشتین ، E=mc² قابل محاسبه است . در این معادله E به معنای انرژی ، m به معنای جرم و c به معنای سرعت نور می باشد .

خورشيد كره اي است كه به طور کامل از گاز تشکیل شده و بخش بيشتر این گاز از نوعی می باشد که به نیروی مغناطیسی حساس است كه دانشمندان به آن پلاسما می گویند . شعاع خورشید (فاصله بین مرکز تا سطح آن) حدود 695.500 کیلومتر ، تقریبا 109 برابر شعاع زمین است . دمای سطح خورشید 5800درجه كلوين و دمای هسته خورشید بیش از 15میلیون درجه كلوين می باشد .

جرم خورشید 99.8 درصد از جرم کل منظومه شمسی و 333.000 برابر جرم زمین است . میانگین چگالی آن حدود 90 پوند در هر فوت مکعب و یا 1.4 گرم در هر سانتیمتر مکعب می باشد . این مقدار تقریبا معادل 1.4 برابر چگالی آب و کمتر از یک سوم میانگین چگالی زمین است .

بیشتر اتمهای خورشید ، مانند اغلب ستارگان ، اتمهای عنصر شیمیایی هیدروژن می باشند . بعد از هیدروژن ، عنصر هلیوم در خورشید بسیار یافت می شود و بقیه جرم خورشید از اتم های هفت عنصر دیگر تشکیل شده است . به ازای هر 1 میلیون اتم هیدروژن در کل خورشید ، 98.000 اتم هلیوم ،850 اتم اکسیژن ، 360 اتم کربن ، 120 اتم نئون ، 110 اتم نیتروژن ، 40 اتم منیزیم ، 35 اتم آهن و 35 اتم سیلیکون وجود دارد .

بنابراین حدودا 94 درصد از اتم ها ، هیدروژن و حدود 0.1 درصد اتمهایی غیر از هیدروژن و هلیوم می باشند .  طبق برآوردهاي علمي در حدود 4.5 بيليون سال از تولد اين گوي آتشين مي گذرد و تا 5 میلیارد سال آینده همچنان مي توان آن را به عنوان يك منبع عظيم انرژي به حساب آورد .

تاریخچه مختصری ازكاربرد انرژی خورشيدی در جهان و ايران

از بدو پيدايش اولين حيات در روي زمين انرژي خورشيدي در پديده فتوسنتز كاربرد داشته است .

در پيدايش ساختمان براي گرمايش مسكن خود ، انسان از نور خورشيد بهره مي گرفت . بعدها انسان از اشعه آفتاب براي خشك كردن ميوه و سبزي در فضاي آزاد و براي تبخير آب دريا در حوضچه هاي كم عمق و توليد نمك استفاده نموده است . اولين و شايد تنها استفاده نظامي انرژي خورشيدي توسط ارشميدس در شهر سيراكيوز در شرق جزيره سيسيل انجام شد .

او موفق شد با متمركز كردن نور خورشيد به وسيله چند آئينه روي بادبان كشتي ها ، آنها را به آتش بكشد . استفاده هاي صنعتي و مدرن انرژي خورشيدي از سالهاي 1770 میلادی شروع شد . شايد جالب ترين استفاده از خورشيد در كشف گاز اكسيژن صورت گرفته باشد . پريستلي در سال 1774 توانست نور خورشيد را روي ظرف حاوي اكسيد جيوه متمركز نمايد و گازي توليد كند كه بعدها اكسيژن ناميده شد . آزمايشهاي متعددي با استفاده از عدسي ها و تمركز نور خورشيد توسط لاوازيه انجام شد .

در سال 1872 اولين واحد خورشيدي براي نمك زدائي آب دريا در شمال شيلي ساخته شد . از اواخر سالهاي 1800 و اوايل سالهاي 1900 تعدادي متمركز كننده خورشيدي جهت دستيابي به دماهاي بالا و توليد بخار در فرانسه و آمريكا و مصر ساخته شد كه از بخار حاصله براي راه اندازي ماشينهاي بخار و آبياري استفاده مي شد . از سالهاي 1940 به بعد استفاده از انرژي خورشيدي در توليد آب گرم مصرفي و گرمايش ساختمان ها در آمريكا ، روسيه (تاشكند و عشق آباد) ، استراليا و ساير كشورها رو به توسعه نهاد . در سال1946 در هندوستان كوره هايي كه با انرژي خورشيدي كار مي كردند ساخته شد .

سلول خورشيدي (فتوولتائيك) براي اولين بار در نيمه اول دهه 1950 بدون سر و صداي زياد وارد بازار شد و با استقبال قابل ملاحظه اي مواجه گشت . در سال 1958 طراحان آمريكايي با ترديد در سفينه وانگارديك يك مبدل حاوي سلولهاي خورشيدي هر يك به قدرت 2 ميلي وات به عنوان نيروي كمكي به كار بردند ولي با كمال تعجب مشاهده كردند دستگاه راديويي سفينه كه با اين مبدل كار مي كرد تا 6 سال بطور مداوم پيام راديويي به زمين مخابره نمود . در سال 1961 براي نخستين بار در ايتاليا از انرژي حرارتی خورشيدي براي توليد الكتريسيته توسط توربين هاي بخار كوچك استفاده گرديد .

با بحران انرژي سال 1973 ، توجه به كاربرد انرژي خورشيدي بالا گرفت و سرمايه گذاري هاي زيادي در غالب كشورهاي جهان (به خصوص كشورهاي صنعتي) براي پژوهش و دستيابي به طرحهاي بهينه كاربردهاي مختلف انرژي خورشيدي انجام پذيرفت . در دهه 1980 با از بين رفتن بحران انرژي ، توجه به انرژي خورشيدي تقليل يافت و در حال حاضر مهمترين موضوعي كه در كشورهاي صنعتي به آن توجه قابل ملاحظه اي مي شود سلولهاي خورشيدي مي باشد . علاوه بر اين ، روش هاي گرمايش طبيعي خورشيدي در بسياري از كشورهاي جهان (به خصوص آمريكا) در دهه گذشته مورد توجه قرار گرفته است .

مطالعات در زمينه انرژي خورشيدي در ايران از حدود 35 سال قبل و به طور تقريبا همزمان در دانشگاههاي شيراز و صنعتي شريف شروع شد . از جمله طرحهاي مهم مورد توجه در اين مراكز طرح نيروگاه خورشيدي 10 مگاواتي در دانشگاه شيراز و طرح و توسعه و ساخت سلولهاي فتوالكتريك در مركز فوق الذكر بوده است . پروژه هائي در زمينه انرژي خورشيدي هم اكنون در كشور توسط سازمان انرژي هاي نو ايران در جريان است كه در انتها به آنها اشاره خواهد شد .

انرژی خورشیدی

از میان منابع تجدیدپذیر ، انرژی خورشیدی در ایران مورد استقبال خوبی قرار گرفته است . منظور ما از بهره برداری از انرژی خورشیدی ، بهره برداری الکتریکی از آن است . انرژی خورشیدی در آبگرمکن های خورشیدی و … نیز کاربرد دارد که فعلا مورد بحث ما نیست . کشور ما به جهت وسعت مناطق کویری از نور خورشید بهره کافی دارد . بسیاری از مناطق شهری در طول روز نور خورشید را به خوبی دریافت می کنند . پس طبیعی به نظر می رسد که استفاده از این انرژی رشد بیشتری داشته باشد .

یکی دیگر از عوامل پیشرفت این انرژی امکان بهره برداری های کوچک و بزرگ است . بدین معنی که به راحتی می توان در بالای سقف یک ویلا پنل خورشیدی نصب کرد . و یا می توان زمین بزرگی در کویر را به مزرعه خورشیدی اختصاص داد . پس هزینه اولیه استفاده از انرژی خورشیدی به نسبت دیگر انرژی ها کمتر به نظر می رسد . علاوه بر این ، حمایت های دولتی در این راستا نیز به رشد بیشتر آن منجر شده است .

انرژی خورشیدی ایران چه پیشرفت هایی داشته است ؟

با طراحی ، ساخت و اجرای سهموی خطی شیراز توسط نیروهای داخلی ، پتانسیل بسیار مناسبی برای ساخت این دسته از نیروگاهها در کشور ایجاد گردیده است . ساخت و تست اجزای مختلف نیروگاه خورشیدی از قبیل سازه ها، آینه ها، سیستم کنترل و ابزار دقیق و بسیاری از بخشهای دیگر در داخل کشور انجام شده است و تنها لوله گیرنده از خارج از کشور وارد شده است که هم اکنون برنامه ریزی لازم برای تولید داخل نمودن آن در حال انجام است .

با احداث این نیروگاه و تکمیل و بازنگری و بهسازی مراحل اجراء و تست بخشهای مختلف آن در طول دوره کارکرد پیش بینی می شود تولید انبوه قسمتهای مختلف نیروگاه گسترش یافته و انتقال دانش و ساخت و تولید برخی اجزاء خاص مانند لوله های گیرنده نیز ایجاد گردد .

و این در حالی است که تمامی مراحل طراحی ، نظارت و اجرا در داخل کشور انجام شده و ایران با انجام پروژه پایلوت مذکور به جمع معدودکشورهای صاحب فن آوری طراحی و احداث چنین نیروگاه هایی در جهان پیوسته است . از جمله فعالیت ها و سرمایه گذاری‌های انجام شده دیگر در حوزه خورشیدی ، ایجاد امکانات در بخش ساخت و احداث کارخانه تولید ماژول های خورشیدی (پنل فتوولتائیک) در چند نقطه و ایجاد چنین ظرفیتی در کشور است .

پروژه های اجرا شده در زمینه سیستمهای فتوولتائیک در ایران عمدتاً با استفاده از محصولات کارخانجات مذکور شامل برق رسانی به روستاهای دورافتاده، تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز ایستگاه های مخابراتی، نصب پایه های روشنایی خورشیدی در پارکها و سایر مراکز عمومی و نصب و راه اندازی نیروگاههای متصل به شبکه بمنظور ایجاد زیرساخت ها بستر سازی در زمینه سیستم های فتوولتائیک در کشور و نیز اجرای چندین پروژه دیگر که بصورت پراکنده در سطح کشور اجرا گردیده و مورد استفاده قرار گرفته اند .

در حال حاضر وزارت نیرو با سیاستگذاری انجام شده درصدد تشویق بخش خصوصی جهت تولید داخل نمودن تجهیزات جانبی لازم برای پنلهای فتوولتائیک از قبیل اینورتور ، باتری و شارژ کنترل ویژه سیستم های خورشیدی می باشد .

افق های پیش رو برای انرژی خورشیدی در ایران

با توجه به ضرورت افزایش ظرفیت نیروگاه ها ، باید از انرژی خورشیدی در ایران بیش از پیش بهره برد . اما متأسفانه همچنان هزینه های راه اندازی این نیروگاه مانع از سرمایه گذاری کلان در این حوزه شده است . در حال حاضر دولت تضمین خرید برق از پنل های خورشیدی را داده است . لازم است بدانیم مبلغ تعیین شده ، پاسخگوی هزینه های راه اندازی نیست . چنانچه دولت بنا دارد انرژی های پاک و تجدیدپذیر رشد کنند ، می بایست حمایت های ویژه و بیشتری برای خرید انرژی پاک داشته باشد .