روش های موفقی كه دنیا بوسیله فناوری های نوین برای تولید انرژی برق استفاده می كند

تا باد و آفتاب هست، چرا سد سازی!؟

تا باد و آفتاب هست، چرا سد سازی!؟

به گزارش اسمارت کاور در حالیکه امروزه در کشورمان بر اثر راه اندازی سدهای مختلف به منظور تولید برق، شاهد کم آبی در سطح برخی استان ها هستیم، دنیا درحال بهره گیری از انرژی خورشیدی و منابع انرژی تجدیدپذیر بدین منظور است و دیگر اعتنای چندانی به شیوه منسوخ و نخ نمای ˮسدسازیˮ برای این امر ندارد.


به گزارش اسمارت کاور به نقل از ایسنا، در حالی که خیلی از کشورهای دنیا، آن هم نه فقط کشورهای پیشرفته و توسعه یافته، درحال بهره جویی از انرژی پاک خورشیدی برای تولید برق هستند، ما بعنوان یک کشور نیمه خشک همچنان برای تأمین برق مورد نیاز خود به ساخت سدها و تولید انرژی برق آبی اصرار داریم!
این در شرایطی است که انرژی های تجدیدپذیر در سال ۲۰۲۰ از ذغال و حتی انرژی هسته ای هم در تولید برق سبقت گرفته است و بعضی از کشورها هم تمام یا بخش عمده ای از انرژی مورد نیاز خویش را از مزارع بادی و خورشیدی استحصال می کنند.


از سوی دیگر، اتکا به تولید انرژی از سوخت های فسیلی هم روز به روز درحال کاهش است و بعنوان مثال آمار استفاده از آن در ایالات متحده در سال ۲۰۲۰ به ۴۰ درصد رسیده است.
خیلی از تلاش ها برای تولید انرژی های تجدیدپذیر بر استفاده از انرژی باد و بخصوص انرژی خورشید متمرکز است و فناوری های استفاده در صفحات یا پنل های خورشیدی هر روزه درحال توسعه و پیشرفت است و محققان زیادی در سرتاسر دنیا به دنبال بهینه سازی این فناوری کارآمد جهت استفاده هرچه بیشتر از آن در زمین هستند.
"سلول خورشیدی"(Solar cell) یا سلول فتوولتائیک (photovoltaic cell) یک قطعه الکترونیکی است که به کمک اثر فوتوولتائیک، انرژی نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می کند. سلول های خورشیدی ساخته شده از ویفرهای سیلیکونی کاربرد بسیاری دارند.
اثر فوتوولتائیک به مفهوم تولید ولتاژ یا جریان الکتریکی متناظر با آن در ماده به علت در معرض نور قرار گرفتن است.
گفتنی است که خورشید در هر ثانیه حدود ۱۰۰۰ ژول انرژی به هر متر مربع از سطح زمین منتقل می کند که با جمع آوری کردن آن میتوان انرژی مورد نیاز برای کارهای مختلفی را تأمین کرد.
نکته قابل توجه از چرایی گرایش مشتاقانه به این فناوری شاید در اعلامیه جدید یک شرکت انرژی خورشیدی آلمانی به نام "دزرتک"(Desertec) نهفته باشد که مدعی شده است که استقرار صفحات خورشیدی در تنها بخش کوچکی از صحرای بزرگ آفریقا می تواند تمام برق مورد نیاز ساکنان زمین را فراهم آورد.
حالا در اینجا به معرفی چند نمونه از جدید ترین فناوری ها در زمینه توسعه صفحات خورشیدی می پردازیم که استفاده بیشتر، بهتر و گسترده تر از آنها را در آینده نزدیک فراهم می کنند:
فناوری های توسعه سلول های خورشیدی



استفاده از سلول های خورشیدی در پنجره ها
یک گروه بین المللی از دانشمندان با عنایت به اینکه روزی سلول های خورشیدی شفاف بتوانند بعنوان پنجره در خانه ها و سایر ساختمان ها مورد استفاده قرار بگیرند، نوع جدیدی از الکترود شفاف را عرضه کرده اند. این فناوری می تواند با غلبه بر بعضی از مشکلات عملکردی نمونه های پیشین و ترکیب دو فناوری مکمل، زمینه استفاده از سلول های خورشیدی پیشرفته را فراهم آورد.
سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون، برای دهه ها یکی از پایه های اصلی فناوری خورشیدی به شمار می رفته اند اما در سالهای اخیر شاهد می باشیم که سلول های مبتنی بر پروسکایت، اثر خویش را نشان می دهند. کارآیی رو به بهبود این سلول های خورشیدی، آنها را در مرکز توجه در مورد انرژی های تجدیدپذیر قرار داده است. یکی از امکانات جالب در مورد سلول های خورشیدی، ترکیب کردن آنها با سلول های سنتی مبتنی بر سیلیکون است تا هزینه کاهش پیدا کند و بازدهی بیشتری عرضه شود.
دانشمندان پیش تر نشان داده اند که چگونه میتوان نوارهای فوق العاده باریک طلا را بعنوان الکترودهای شفاف در سلول های خورشیدی به کار گرفت اما نتیجه نهایی، یک لایه یکنواخت بود که قابلیت رسانایی ضعیفی داشت. دانشمندان در این پروژه جدید دریافتند که استفاده از "کرومیم"(chromium) بعنوان لایه ابتدایی در نوارهای طلا می تواند مشکلات موجود در این حوزه را برطرف کند. کرومیم، انرژی سطح بالایی دارد و همین، محل خوبی برای ساخت طلا در قسمت بالای آن فراهم می آورد و در واقع به طلا امکان می دهد تا یک لایه نازک پایدار را تشکیل دهد.



صفحه خورشیدی بدون قاب
شرکت سنگاپوری "فناوری های خورشیدی مکسئون"(Maxeon) موفق به ساخت صفحات خورشیدی بدون قاب شده است که راهی برای نصب این پنل های فتوولتائیک بر روی سقف آن دسته از ساختمان های تجاری عرضه کرده است که امکان دارد نتوانند از تنظیمات کنونی پشتیبانی کنند. این شرکت صفحات خورشیدی بدون قاب، نازک و سبکی بوجود آورده است که می توانند مستقیماً روی سقف بام ها چسبانده شوند.
وی ادامه داد: برای نزدیک به ۵۰ سال، صنعت انرژی خورشیدی تقریباً به صورت انحصاری بر روی ساخت صفحات خورشیدی شیشه ای متمرکز شده است. با افزایش اندازه صفحات خورشیدی و کاهش هزینه سلول های خورشیدی، هزینه حمل، نصب و تعبیه صفحات شیشه ای بزرگ، قسمت زیادی از هزینه این سیستم را در برمی گیرد. حالا ما با تکنولوژی جدید خود می توانیم محصولی تولید نماییم که ضمن ایجاد فرصت های کاملاً جدید برای این بازار، با امکان نصب مستقیم صفحات خورشیدی بر روی بام های ساختمان های تجاری، این هزینه ها را کم کند.
صفحات خورشیدی جدید این شرکت معروف به "مکسئون ایر"(Maxeon Air) بوسیله ی یک لایه چسبنده یکپارچه پشتیبانی می شود که به آنها اجازه می دهد بدون احتیاج به قاب آلومینیومی، پیکربندی، گیره و امثالهم مستقیماً روی بام ساختمان های تجاری نصب شوند. این صفحات خورشیدی همینطور طوری مهندسی شده اند که روی سطوح ناهموار هم به سادگی قرار بگیرند.



تبدیل برق و شن به پنل های خورشیدی
یک استارتاپ به نام "مانا الکتریک"(Maana Electric) مستقر در لوکزامبورگ با هدف ارسال جعبه هایی به شکل انبارهای فلزی به بیابان های زمین که قادر به ساخت صفحات خورشیدی با استفاده از برق و شن و ماسه هستند، به کمک مبارزه با تغییرات آب و هوایی می آید.
این جعبه ها با نام "تراباکس"(Terrabox) بسیار ساده به نظر می رسند. همانطور که "مانا الکتریک" در وبسایت خود توضیح داده است: "تراباکس" یک کارخانه کاملاً خودکار است که قادر به تولید پنل های خورشیدی با استفاده از شن و برق بعنوان ورودی است.
این کارخانه های کوچک قابلیت قرارگری و جابجایی را درون کانتینرها دارند، به این مفهوم که میتوان آنها را به مکان های دورافتاده بیابانی منتقل کرد تا در آنجا بتوانند صفحات خورشیدی مورد نیاز برای تولید انرژی خورشیدی پاک را تولید کنند. این محصول انقلابی علاوه بر کمک به مقابله با تغییرات آب و هوا همینطور می تواند به کاهش وابستگی اپراتورهای انرژی تجدیدپذیر به چین را که اغلب صفحات خورشیدی فتوولتائیک جهان را تولید می کند، کمک نماید.



افزایش پایداری سلول های خورشیدی
پژوهشگران انگلیسی مکانیسمی را شناسایی کرده اند که می تواند پایداری سلول های خورشیدی را افزایش دهد.
سلول های خورشیدی، انرژی را از خورشید می گیرند و یک جایگزین برای منابع تجدیدناپذیر انرژی مانند سوخت های فسیلی عرضه می دهند. در هر حال، سلول های خورشیدی با چالش های ناشی از فرآیندهای پرهزینه تولید و کارآیی ضعیف رو به رو هستند.
"پروسکایت ها"(Perovskites)، موادی هستند که برای نسل بعدی سلول های خورشیدی ابداع شده اند. باآنکه ساخت پروسکایت ها خیلی کم هزینه تر از پنل های خورشیدی سیلیکونی است و بازدهی مشابهی دارد اما پروسکایت ها حاوی مواد سربی سمی هستند. نسخه های پروسکایت با استفاده از مواد دیگری به جای سرب، تحت بررسی قرار دارند.
انواعی که به جای سرب، در آنها از قلع استفاده می شود، امیدوارکننده هستند اما به سرعت تخریب می شوند. پژوهشگران "دانشگاه باث"(University of Bath) انگلیس در بررسی جدید خود نشان داده اند که چگونه این پروسکایت ها به "یدید قلع"(tin iodide) تجزیه می شوند. هنگامی که یدید قلع در معرض رطوبت و اکسیژن قرار بگیرد، ید را تشکیل می دهد. این ید به تشکیل یدید قلع بیشتری کمک می نماید و به تخریب منجر می شود.


استفاده گسترده از سلول های خورشیدی
کشورهای مختلف دنیا چند سالی است که انرژی برق آبی را از صدر لیست تولید برق به ذیل کشیده اند و به دنبال بهره گیری از سلول های خورشیدی و انرژی باد بدین منظور هستند.
دولت های این کشورها سیاست های مختلفی را در توسعه این مسیر در پیش گرفته اند و ابتدا با بکار گرفتن توان خود در راه اندازی مزارع بادی و خورشیدی، شرکت ها و مردم را هم به استفاده از آنها در پشت بام ساختمان های خود دعوت کرده اند و سیاست های تشویقی را برای آنها در نظر گرفته اند.
کشورهای اروپایی بخصوص کشورهای اسکاندیناوی به صورت ویژه با استفاده از انرژی باد و آفتاب و تولید هیدروژن سبز از انرژی های تجدیدپذیر استفاده می نمایند و توانسته اند همه یا قسمت زیادی از انرژی مورد نیاز شهروندان و صنایع خویش را از راه آنها تأمین کنند.
از طرفی ایالات متحده هم می تواند یک نمونه بارز در این مورد باشد، چون که این کشور دارای مزارع خورشیدی بزرگی است که ظرفیت تولید برق بالایی دارند. بعنوان مثال مزرعه خورشیدی "توپاز"(Topaz) در کالیفرنیا واقع است که می تواند ۵۸۰ مگاوات نیرو تولید نماید و همینطور مزرعه خورشیدی "ایوانپا سولار"(Ivanpah Solar) در کالیفرنیا که ۳۹۲ مگاوات برق تولید می کند و همینطور مزرعه خورشیدی "آگوا کالینته"(Agua Caliente) در آریزونا که ۲۹۰ مگاوات برق تولید می کند. ضمن این که چندین مزرعه خورشیدی دیگر هم در سطح این کشور مستقر است و چند مزرعه هم در دست راه اندازی است.
به عنوان مثال یک مزرعه بزرگ خورشیدی با ظرفیت فوق العاده ۳۵۰ مگاواتی در صحرای کالیفرنیا ساخته خواهد شد که قادر به تأمین انرژی نزدیک به ۹۰ هزار خانه خواهد بود. این پروژه ۵۵۰ میلیون دلاری بعد از اتمام، ظرفیت تأمین انرژی ۸۷ هزار و ۵۰۰ خانه را در منطقه خواهد داشت. این پروژه در ۲۰۰۰ هکتار از اراضی تحت مدیریت BLM بعنوان یک مرکز ۳۵۰ مگاواتی ساخته خواهد شد که می تواند همین مقدار انرژی را تولید نماید و تحویل دهد.
در سایر نقاط جهان هم بزرگترین مزارع خورشیدی را در استرالیا، سنگاپور، چین، هند و امارات متحده عربی میتوان یافت که میزبان بزرگترین مزارع انرژی خورشیدی در جهان هستند.



یک تیر و دو نشان با "کانال های خورشیدی"
همانطور که اشاره شد، کشورهای دنیا به دنبال استفاده هر چه بیشتر از سلول های خورشیدی و به صورت کلی منابع انرژی تجدیدپذیر هستند و در این راه ابتکارات جالبی هم در پیش می گیرند. یکی از این ابتکارات، ایده پوشاندن کانال های سراسری روباز انتقال آب با سلول های خورشیدی است که می تواند از چند جهت بسیار موثر واقع شود. راهکاری که در کشور کم آب و نیمه خشک ما هم احیانا می تواند چاره ساز باشد.
افزودن صفحات خورشیدی روی آبراه ها که اصطلاحا "کانال های خورشیدی" را پدید می آورد، می تواند به ایجاد تحول بزرگی در جهت پایداری انرژی و آب کمک نماید و ضمن تولید برق، سالیانه از تبخیر و هدر رفت ۶۳ میلیارد گالن آب(۲۳۸ میلیون متر مکعب) تنها در ایالت کالیفرنیای آمریکا جلوگیری نماید.
محققان دانشگاه "کالیفرنیا مرسد"(California Merced) و دانشگاه "کالیفرنیا سانتا کروز"(California Santa Cruz) با استفاده از شبیه سازی، توانایی اقتصادی ساخت شبکه ای از "کانال های خورشیدی" را در یکی از بزرگترین شبکه های آبی جهان که آب مورد نیاز بیشتر از ۲۷ میلیون شهروند را تأمین می کند، ارزیابی کردند.
دکتر "برندی مک کوئین" نویسنده اصلی این تحقیق در بیانیه مطبوعاتی خود توضیح داد: ما از مقدار قابل توجه پیشگیری از تبخیر آب که پیشبینی می نماییم ۸۲ درصد باشد، شگفت زده شدیم. این مقدار آب می تواند تفاوت قابل توجهی در مناطق کم آب ایجاد نماید. او همینطور گفت که سایه این صفحات خورشیدی بر روی آب کانال ها می تواند رشد علف های هرز آبزی را کم کند و منجر به کاهش هزینه های نگهداری شود.
البته این صفحات خورشیدی به صورت کلی مانع از تمام تبخیرها نمی شوند. باآنکه تبخیری که اتفاق می افتد، مزیت خنک سازی صفحات خورشیدی را به همراه دارد و آنها را در تبدیل نور خورشید به برق کارآمدتر می کند.
نزدیکترین مشابه این طرح در "گوجارات" هند یافت می شود؛ جایی که صفحات خورشیدی مساحت ۷۵۰ متری از یک کانال را در سال ۲۰۱۵ پوشاندند و بیشتر از ۱۸ میلیون دلار هزینه در برداشت.


کسب مقام دوم تولید برق جهان توسط تجدیدپذیرها
برپایه اطلاعات جدید اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده(EIA)، منابع تجدیدپذیر در سال ۲۰۲۰ بعد از سوخت های فسیلی به صورت رسمی دومین منبع تولید برق دنیا شدند و در واقع انرژی های تجدیدپذیر برای نخستین بار دومین منبع پر مصرف انرژی در جهان شدند.
چندین منبع انرژی تجدیدپذیر مانند زمین گرمایی و برق آبی بیشتر از یک پنجم کل برق ساخته شده در ایالات متحده را شامل می شوند که میزان دقیق آن ۲۱ درصد است. منبع بعدی در این لیست، انرژی هسته ای با ۲۰ درصد سهم و زغال سنگ با ۱۹ درصد سهم است. البته تولید برق با استفاده از سوخت های فسیلی هنوز در این کشور در رتبه اول قرار دارد و ۴۰ درصد از کل برق ساخته شده در سال ۲۰۲۰ را شامل می شود، اما هنوز هم این آمار گامی بزرگ در برای استفاده از تجدیدپذیرها به حساب می آید که نشان دهنده کاهش مداوم اتکا به زغال سنگ است که کاهش ۲۰ درصدی را در سال ۲۰۲۰ نسبت به سال ۲۰۱۹ نشان داده است. در مقابل، استفاده از منابع تجدیدپذیر در همین بازه زمانی ۹ درصد افزایش پیدا کرده است و اگر این پیشرفت ادامه یابد، منابع تجدیدپذیر امکان دارد بزودی از سوخت های فسیلی پیشی بگیرند.
از بین انواع مختلف انرژی های تجدیدپذیر، انرژی باد در سال ۲۰۲۰ بیشترین سهم را داشته است. بر مبنای داده های وبسایت EIA، انرژی خورشیدی بیشتر از یک مگاوات برق تولید کرده است که حاکی از افزایش ۲۶ درصدی از سال ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۰ است.
این آمار حاوی یک نکته مهم می باشد و آن این که با وجود استقبال گرم از انرژی هسته ای توسط خیلی از دانشمندان، استفاده از آن در تولید برق کاهش یافته است. شاید یکی از مباحثی که باعث آن شده است، احتیاج به بررسی اثرات زیست محیطی دفع زباله های رادیواکتیو حاصل از آن است. البته دانشمندان می گویند هیچ گونه شواهد مبتنی بر علم یافت نشده است که انرژی هسته ای بیشتر از سایر فناوری های تولید برق به سلامت انسان یا محیط زیست صدمه می رساند.
در هر حال آمار EIA نشان داده است که تولید برق از انرژی هسته ای از سال ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۰ حدود دو درصد کاهش یافته و دو درصد دیگر هم در سال ۲۰۲۱ و سه درصد دیگر هم در سال ۲۰۲۲ کاسته می شود. البته این امر به علت بازنشستگی چندین نیروگاه هسته ای و مسائل در ارتباط با تعمیر و نگهداری نیروگاه ها رخ داده است.



1400/05/21
00:54:44
5.0 / 5
222
مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۹ بعلاوه ۳
اسمارت کاور
smartcover.ir - مالکیت معنوی سایت اسمارت كاور متعلق به مالکین آن می باشد