آینده انرژی خورشیدی

2021/04/13

آینده انرژی خورشیدی

طی دهه گذشته، هزینه انرژی خورشیدی به طرز چشمگیری کاهش یافته است.
فناوری های جدید نوید افزایش کارایی و کاهش بیشتر هزینه ها را می دهند.
انرژی خورشیدی به زودی در مقایسه با سوخت های فسیلی غیرقابل شکست خواهد بود.

انرژی خورشیدی طی یک دهه مسیری طولانی را طی کرده است. در سال ۲۰۱۰ ، بازار جهانی اندک بود و وابستگی زیادی به سیاست های یارانه ای در کشورهایی مانند آلمان و ایتالیا داشت.

امسال بیش از ۱۱۵ گیگاوات (GW) انرژی خورشیدی در سراسر جهان نصب خواهد شد که بیش از مجموع تمام فناوری های دیگر است. همچنین به طور فزاینده ای کم هزینه است، به ویژه در مناطق آفتاب گیر که در حال حاضر به کم هزینه ترین نوع تولید برق جدید تبدیل شده است.

آینده انرژی خورشیدی

در سال های آینده، پیشرفت های فناوری اطمینان حاصل خواهد کرد که خورشیدی حتی ارزان تر می شود و به خوبی می تواند تا سال ۲۰۳۰، خورشید به مهمترین منبع انرژی برای تولید برق در بخش بزرگی از جهان تبدیل شود. این امر همچنین تأثیر مثبتی بر محیط زیست و تغییرات آب و هوایی خواهد داشت.

آینده انرژی خورشیدی- روند کاهش هزینه ها به مرور زمان

فناوری آینده انرژی خورشیدی

برای پیشبرد صنعت خورشیدی، نقشه های بسیار روشنی در زمینه کاهش هزینه وجود دارد که باید تا سال ۲۰۳۰ هزینه های خورشیدی را به نصف کاهش دهد. در حال حاضر به سمت ماژول های با کارایی بالاتر حرکت شده است، که می تواند ۱٫۵ برابر بیشتر از ماژول های موجود با اندازه مشابه امروزه با استفاده از یک فناوری به نام سلول های سیلیکونی جفت(tandem) انرژی تولید کند که در آینده تأثیر زیادی خواهند داشت.

علاوه بر این، نوآوری های تولیدی وجود دارد که مقادیر مواد گران قیمت مانند نقره و سیلیکون مورد استفاده در تولید سلول های خورشیدی را کاهش می دهد، همچنین نوآوری هایی مانند ماژول های دو طرفه که به پانل ها اجازه می دهد انرژی خورشیدی را از هر دو طرف بگیرند .

نوآوری مهم دیگر این است که چطور انرژی خورشید را به بهترین شکل در خانه ها، مشاغل و سیستم های برق خود ادغام کنیم. معنای آن این است که خورشیدی در بسیاری از نقاط جهان به یک سطح هزینه تراز انرژی(levelized cost of energy) می رسد که آن را در مقایسه با سوخت های فسیلی بی نظیر می کند.

با توجه به اینکه نصب و راه اندازی خورشیدی بسیار آسان و سریع است، نیازی به گفتن نیست که قابل انعطاف باشد – به هر حال، می توان از خورشید برای تأمین انرژی چیزی به اندازه ساعت یا به اندازه یک شهر استفاده کرد – این بدان معنی است که تأسیسات خورشیدی در دهه آینده رشد می کنند که این می تواند برای آب و هوا نیز بسیار خوب باشد.

آینده انرژی خورشیدی- سهم انرژی خورشیدی از بازار برق

آینده سلول خورشیدی

برای پیشی گرفتن از سلول های خورشیدی(solar cells,) فعلی، یک طرح جدید باید بتواند نور بیشتری را جذب کند، انرژی نور را به طور موثرتری به برق تبدیل کند و یا ساخت آن نسبت به طرح های فعلی هزینه کمتری داشته باشد.

اگر انرژی تولیدی سلول خورشیدی به همان اندازه یا کم هزینه تر از سایر اشکال برق باشد که اغلب قابل تجدید نیست، به احتمال زیاد تولیدکنندگان و مصرف کنندگان انرژی از انرژی خورشیدی استفاده می کنند. بنابراین هرگونه بهبود در طراحی های فعلی سلول خورشیدی باید هزینه های کلی را کاهش دهد تا به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد.

گزینه اول، افزودن سخت افزاری که به سلول های خورشیدی اجازه می دهد نور بیشتری را بگیرند، در واقع نیازی به این ندارد که ما از طراحی سلول های خورشیدی فعلی صرف نظر کنیم.

سامانه ای را می توان با سلول خورشیدی نصب کرد که به آن اجازه می دهد هنگام حرکت در آسمان روز خورشید را ردیابی کند. اگر سلول خورشیدی همیشه به سمت خورشید باشد، تعداد فوتونهای بیشتری نسبت به اینکه فقط در نیمه ظهر به سمت خورشید نشانه می رود، مورد اصابت قرار می گیرند. در حال حاضر، طراحی که بتواند موقعیت خورشید را به طور دقیق و مداوم برای چندین دهه با هزینه مناسب ردیابی کند، یک چالش مداوم است، اما نوآوری در این جبهه همچنان ادامه دارد.

یک گزینه جایگزین برای حرکت دادن سلول خورشیدی، استفاده از آینه ها برای تمرکز نور روی سلول خورشیدی کوچکتر و در نتیجه ارزان تر است.

راه دیگر برای بهبود عملکرد سلول های خورشیدی هدف قرار دادن بازده آنها است، بنابراین آنها در تبدیل انرژی نور خورشید به برق بهتر عمل می کنند. سلول های خورشیدی با بیش از یک لایه ماده گیرنده نور(light-capturing material)، نسبت به سلول های خورشیدی فقط با یک لایه منفرد(single layer) می توانند فوتون های بیشتری جذب کند.

اخیراً، سلول های خورشیدی آزمایش شده با چهار لایه می توانند ۴۶ درصد از انرژی نور ورودی را که به آنها برخورد می کند، جذب کنند. این سلول ها هنوز هم بسیار گران هستند و ساخت آنها برای استفاده های تجاری دشوار است، اما تحقیقات مداوم ممکن است روزی پیاده سازی این سلول های فوق کارآمد را ممکن کند.

گزینه ای برای بهبود کارایی سلول های خورشیدی به سادگی کاهش هزینه آنها است. حتی اگر فرایند تولید سیلیکون طی چند دهه گذشته ارزان شده است، اما هنوز هم به میزان قابل توجهی در هزینه نصب سلول خورشیدی نقش دارد.

با استفاده از سلول های خورشیدی نازک تر، هزینه های مواد کاهش می یابد. این سلولهای خورشیدی با لایه نازک از لایه ای از مواد برای برداشت انرژی نوری استفاده می کنند که تنها ۲ تا ۸ میکرومتر ضخامت دارد، فقط حدود ۱٪ از آنچه برای ساخت سلول خورشیدی سنتی استفاده می شود. دقیقاً مانند سلولهای دارای چندین لایه، سلولهای خورشیدی با لایه نازک کمی مشکل است که کاربرد آنها را محدود می کند، اما تحقیقات در این زمینه ادامه دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر مقاله سلول خورشیدی شفاف را مشاهده بفرمایید.

در آینده نزدیک، سلولهای خورشیدی سیلیکونی احتمالاً همچنان در هزینه ها کاهش یافته و به تعداد زیادی نصب می شوند. پیش بینی می شود در ایالات متحده این کاهش هزینه ها انرژی خورشیدی تولید شده تا سال ۲۰۵۰ حداقل ۷۰۰٪ افزایش یابد. در همین حال، تحقیقات در مورد طرح های جایگزین برای سلول های خورشیدی کارآمد و ارزان تر ادامه خواهد یافت.

سالها بعد، ما احتمالاً شاهد جایگزینی برای سیلیکون در مزارع و پشت بامهای خورشیدی هستیم که به تأمین منابع انرژی تمیز و تجدیدپذیر کمک می کند. این پیشرفت ها با افزایش تولید انبوه سلول های خورشیدی و فناوری های جدید که سلول ها را ارزان تر و کارآمدتر می کنند، امکان پذیر بوده و خواهد بود.

نقل از مقاله دانشگاه هاروارد: آینده انرژی خورشیدی روشن است.