پنج کشور پیشرو در تواید انرژی خورشیدی

مرتضی مرادی / تجارت فردا

انرژی خورشیدی، تکنولوژی‌ای است که بسیاری از کشورها تلاش می‌کنند با بهره‌گیری از آن، انتشار گازهای گلخانه‌ای‌شان را کاهش دهند و آن را به بزرگ‌ترین منبع تولید انرژی‌شان بدل کنند. طی سال‌های گذشته، ایجاد نیروگاه‌های انرژی خورشیدی به شدت در جهان افزایش یافته است. انرژی خورشیدی در کنار انرژی بادی از جمله مهم‌ترین منابع تولید برق با کمترین سطح انتشار کربن‌دی‌اکسید در جو هستند.

کل ظرفیت تولید انرژی خورشیدی در جهان در سال ۲۰۱۹ حدود ۶۲۷ گیگاوات (GW) بود. به گفته سازمان بین‌المللی انرژی (IEA)، از سال ۲۰۲۲ به بعد، انرژی خورشیدی هر سال رکوردهای جدیدی را ثبت خواهد کرد. به طوری که این سازمان پیش‌بینی کرده است که بین سال‌های ۲۰۲۱ تا ۲۰۲۵، سالانه ۱۲۵ گیگاوات به ظرفیت انرژی خورشیدی افزوده شود. این سازمان اعلام کرده است که در سال ۲۰۱۹، تولید انرژی خورشیدی در جهان ۲۲ درصد افزایش داشته است. در همان سال ۲۰۱۹ متخصصان این حوزه انتظار داشتند که در سال ۲۰۲۰، بیش از ۱۰۷ گیگاوات و در سال ۲۰۲۱ بیش از ۱۱۷‌گیگاوات به ظرفیت انرژی خورشیدی افزوده شود که این پیش‌بینی در حال تحقق یافتن است.

چین بزرگ‌ترین تولیدکننده انرژی خورشیدی است و بزرگ‌ترین بازار انرژی خورشیدی در این کشور قرار دارد. چین برنامه دارد که از طریق جایگزین کردن نیروگاه‌های سوخت‌های فسیلی با نیروگاه‌های انرژی خورشیدی، تا سال ۲۰۶۰ انتشار کربن‌دی‌اکسید خود را به صفر برساند. اما چین تنها کشوری نیست که به انرژی‌های خورشیدی به این شکل نگاه می‌کند. سایر کشورهای دنیا نیز ظرفیت تولید انرژی خورشیدی‌شان را به شدت افزایش داده‌اند که در ادامه ۴ مورد از آنها را در کنار چین بررسی می‌کنیم.

غول‌های انرژی خورشیدی

طبق گزارش انرژی‌های تجدید‌پذیر سازمان بین‌المللی انرژی که در سال ۲۰۲۰ منتشر شد، چین با ظرفیت تولیدی ۲۰۵ گیگاوات انرژی خورشیدی در سال، بزرگ‌ترین تولیدکننده انرژی خورشیدی است. در سال ۲۰۱۹، تولید برق از انرژی خورشیدی در چین بیش از ۲۲۳ تراوات ساعت (TWh) بود. چین اگرچه خودش در حال حاضر بزرگ‌ترین منتشرکننده گازهای گلخانه‌ای است اما روندی که در پیش گرفته می‌تواند همه چیز را برای این کشور در جامعه بین‌المللی تغییر دهد.

بعد از چین، ایالات متحده آمریکا در تولید انرژی خورشیدی در جایگاه دوم ایستاده است. ظرفیت ایالات متحده برای تولید انرژی خورشیدی در سال ۲۰۱۹ بیش از ۷۶ گیگاوات بود و در همین سال، ایالات متحده بیش از ۹۳ تراوات‌ساعت برق با استفاده از انرژی خورشیدی تولید کرد. سرمایه‌گذاری‌های ایالات متحده روی انرژی خورشیدی با سرعت زیاد در حال افزایش است و پیش‌بینی می‌شود که تا پایان دهه ۲۰۲۰، ظرفیت تولید انرژی خورشیدی در این کشور به ۴۱۹ گیگاوات برسد.

ایالات متحده اعلام کرده است که می‌خواهد تا سال ۲۰۳۵، تولید گازهای گلخانه‌ای‌اش را به صفر برساند و سرمایه‌گذاری در انرژی خورشیدی، بزرگ‌ترین شانس این کشور برای محقق کردن وعده «کربن‌دی‌اکسید صفر» است. کالیفرنیا، تگزاس، فلوریدا و ویرجینیا، بزرگ‌ترین ایالت‌های آمریکا در تولید انرژی خورشیدی هستند. بزرگ‌ترین محرک سرمایه‌گذاری روی انرژی‌های خورشیدی در ایالات متحده، قانون RPS یا استانداردهای پورتفوی انرژی‌های تجدیدپذیر است که خرده‌فروشان انرژی را ملزم می‌کند بخش مشخصی از برقی که عرضه می‌کنند، از منابع تجدیدپذیر تولید شده باشد. همچنین کاهش هزینه‌های تولید برق از انرژی خورشیدی و اعتبارهای مالیاتی مختلف به سرمایه‌گذاران انرژی خورشیدی باعث شده که طی سال‌های گذشته، منابع مالی هنگفتی به سمت انرژی خورشیدی روانه شود.

ژاپن سومین کشور در سرمایه‌گذاری روی انرژی خورشیدی است. ظرفیت انرژی خورشیدی در ژاپن در سال ۲۰۱۹ بیش از ۶۳ گیگاوات بود. همچنین قابل‌توجه است که طبق داده‌های سازمان بین‌المللی انرژی ژاپن با استفاده از انرژی خورشیدی در سال ۲۰۱۹ بیش از ۷۶ تراوات‌ساعت برق تولید کرد. بعد از حادثه هسته‌ای فوکوشیما در سال ۲۰۱۱، سرمایه‌گذاری روی انرژی‌های جایگزین از جمله انرژی خورشیدی در ژاپن افزایش یافت. حادثه سال ۲۰۱۱ باعث شد که ژاپن به طور قابل توجهی از انرژی هسته‌ای عقبگرد کند و به سمت انرژی خورشیدی گام‌های عظیمی بردارد.

ژاپن از برنامه‌های حمایتی مختلفی برای افزایش انگیزه سرمایه‌گذاران برای سرمایه‌گذاری روی انرژی خورشیدی استفاده کرده است. با این حال انتظار می‌رود که بازار انرژی خورشیدی در این کشور طی سال‌های آینده تغییرات چندانی را تجربه نکند. پیش‌بینی می‌شود که ظرفیت انرژی خورشیدی در ژاپن تا سال ۲۰۲۵ به ۱۰ گیگاوات برسد و البته به گفته سازمان بین‌المللی انرژی، تحقق این پیش‌بینی بستگی به خط‌مشی‌های دولت این کشور و همچنین هزینه‌های افزایش ظرفیت انرژی خورشیدی دارد.

آلمان چهارمین کشور جهان از نظر سرمایه‌گذاری روی انرژی خورشیدی است. ظرفیت انرژی خورشیدی در آلمان در سال ۲۰۱۹ بیش از ۴۹ گیگاوات بود. همچنین به گفته سازمان بین‌المللی انرژی این کشور در سال ۲۰۱۹ بیش از ۴۷ تراوات‌ساعت برق از انرژی خورشیدی تولید کرد. مزایده‌های رقابتی طی سال‌های گذشته تب‌و‌تاب سرمایه‌گذاری روی انرژی خورشیدی را در آلمان افزایش داده است.

دولت آلمان اخیراً اعلام کرده است که می‌خواهد تا سال ۲۰۳۰ ظرفیت انرژی خورشیدی‌اش را به ۱۰۰ گیگاوات برساند و در نظر دارد که تا سال ۲۰۳۰، حدود ۶۵ درصد از انرژی‌های تجدیدپذیرش، انرژی خورشیدی باشد. نکته جالب توجه در آلمان که آن را از این نظر از کشورهایی همچون چین و ایالات متحده متمایز می‌کند این است که سرمایه‌گذاری‌های خرد روی انرژی خورشیدی در آلمان بسیار رایج است. بسیاری از شرکت‌ها، مزارع، ساختمان‌ها و مواردی از این دست سال‌هاست که از انرژی خورشیدی بهره می‌برند و دولت آلمان هم همواره حامی این سرمایه‌گذاری‌های خرد بوده است.

پنجمین کشور از نظر ظرفیت انرژی خورشیدی هند است. طبق گزارش سازمان بین‌المللی انرژی در سال ۲۰۲۰، ظرفیت انرژی خورشیدی در هند در سال ۲۰۱۹ بیش از ۳۸ گیگاوات بود. همچنین هند در سال ۲۰۱۹ بیش از ۵۴ تراوات‌ساعت برق از انرژی خورشیدی تولید کرده است. انتظار می‌رود که تقاضای انرژی در هند طی دهه ۲۰۲۰ بیش از هر کشور دیگری افزایش یابد. هند در حال حاضر سومین تولیدکننده گازهای گلخانه‌ای در جهان است و به همین جهت دولت این کشور در تلاش است که سیاست‌های جدیدی را در پیش گیرد و سرمایه‌گذاری روی انرژی‌های تجدیدپذیر از جمله انرژی خورشیدی را تقویت کند. هدف دولت هند این است که تا سال ۲۰۳۰، ظرفیت انرژی‌های تجدیدپذیر در این کشور به ۴۵۰ گیگاوات برسد و انرژی خورشیدی، در مرکز این جاه‌طلبی‌های هند است.

سازمان بین‌المللی انرژی پیش‌بینی می‌کند که تا سال ۲۰۴۰ انرژی خورشیدی، به سهم ۳۱‌درصدی از کل ظرفیت تولید انرژی در هند برسد و این در حالی است که در حال حاضر سهم انرژی خورشیدی از کل ظرفیت تولید انرژی در هند کمتر از چهار درصد است. از نظر ظرفیت انرژی خورشیدی، ایتالیا، بریتانیا، استرالیا، فرانسه و کره جنوبی بعد از هند در جایگاه ششم تا دهم قرار دارند. ترکیه، اسپانیا، هلند، بلژیک و مکزیک نیز در جایگاه یازدهم تا پانزدهم هستند. بعد از مکزیک، کانادا، تایلند، یونان، آفریقای جنوبی و برزیل می‌ایستند و سپس نوبت به سوئیس، شیلی، جمهوری چک، اوکراین و پاکستان می‌رسد.

کلیاتی در مورد انرژی خورشیدی

حالا که در مورد بزرگ‌ترین سرمایه‌گذاران انرژی خورشیدی خواندیم، خوب است کمی هم در مورد این صحبت کنیم که اصلاً انرژی خورشیدی چیست، چگونه کار می‌کند و آخرین پیشرفت‌ها در بهره‌گیری از انرژی خورشیدی چیست. برق خورشیدی از یک منبع بزرگ و منحصر به فرد به نام خورشید تامین می‌شود و اشعه خورشید تنها منبع انرژی الکتریکی در نیروگاه خورشیدی است که از پاک‌ترین و فراوان‌ترین منابع انرژی تجدیدپذیر به شمار می‌آید.

اساس کار این نوع از نیروگاه‌ها، اثر فتوولتائیک یا PV) photovoltaic) است و با کمک این فناوری انرژی خورشیدی به برق خورشیدی تبدیل می‌شود. سلول فتوولتائیک یک قطعه الکترونیکی حالت جامد است که از دو یا چند لایه نازک از یک نیمه‌هادی تشکیل شده است. از پرکاربردترین نیمه‌هادی‌ها در تکنولوژی سلول‌های خورشیدی می‌توان به سیلیکون اشاره کرد. صفحات فتوولتائیک نور خورشید را مستقیماً به برق تبدیل می‌کند.

اگرچه نور خورشید آزاد و فراوان است اما تکنولوژی ساخت سلول‌های خورشیدی اغلب پیچیده است و ساخت صفحات خورشیدی در مقیاس بزرگ هزینه‌های زیادی را تحمیل می‌کند. اما امروزه هزینه سلول‌های خورشیدی سیلیکونی با بازده کم در حال کاهش است. امروزه، صفحات فتوولتائیک بیشتر در مکان‌های دورافتاده مورد استفاده قرار می‌گیرد که در آن هیچ دسترسی‌ای به شبکه برق تجاری نیست یا به عنوان یک منبع برق اضافی برای خانه‌ها و کسب‌و‌کارهای فردی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پیشرفت‌های اخیر در افزایش بهره‌وری تولید و فناوری فتوولتائیک همراه با نگرانی‌های زیست محیطی، گسترش پنل‌های خورشیدی را تسریع بخشیده است. ظرفیت نصب‌شده در آلمان، ژاپن و ایالات متحده با افزایش ۴۰ درصد همراه بوده است. نیروگاه‌های انرژی خورشیدی به طور کلی نیازی به نگهداری بالا ندارند و حدود ۲۰ تا ۲۵ سال عمر می‌کنند. آژانس بین‌المللی انرژی در سال ۲۰۱۴ میلادی اعلام کرد که تا سال ۲۰۵۰ انرژی خورشیدی و گرمای خورشیدی به میزان ۱۶ درصد و ۱۱ درصد از مصرف انرژی الکتریکی جهان را در‌بر خواهد گرفت.

با این حال، هزینه‌های اولیه برای راه‌اندازی نیروگاه‌های خورشیدی زیاد است و نصب سیستم‌های خورشیدی نیاز به فضای زیادی دارد. یکی از انواع دیگر نیروگاه‌های خورشیدی، نیروگاه خورشیدی حرارتی است. نیروگاه حرارتی خورشیدی از آینه‌های غول‌پیکر تشکیل شده است. آنها به گونه‌ای تنظیم شده‌اند که اشعه‌های خورشید را در یک منطقه بسیار کوچک متمرکز می‌کنند و به دنبال آن مقدار قابل توجهی از حرارت ایجاد می‌شود. سپس انرژی حرارتی تولید‌شده با استفاده از توربین‌ها به برق تبدیل می‌شود.

انرژی خورشیدی در فضا و بادهای خورشیدی

محققان می‌گویند می‌توان با استفاده از پلت‌فرم‌های شناور در فضا و انرژی خورشید، برق تولید کرد و آن را به صورت بی‌سیم به زمین منتقل کرد. از جمله مزیت‌های این روش این است که دیگر به دلیل تغییرات آب‌و‌هوایی تولید برق با استفاده از انرژی خورشید مختل نمی‌شود. محققان می‌گویند همان‌طور که انرژی هسته‌ای حاصل پنج دهه تحقیق و میلیاردها دلار هزینه است چرا نباید برای تولید برق در فضا و انتقال بی‌سیم آن به زمین وقت گذاشت و هزینه کرد؟ در عمل یک پروژه تولید برق با استفاده از انرژی خورشیدی در فضا می‌تواند چیزی شبیه به این باشد:

- تعدادی ماهواره فضایی که در یک نقطه ثابت هستند انرژی خورشید را می‌گیرند و آن را در یک نقطه متمرکز می‌کنند.
- سلول‌های خاصی این نور را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند.
- از این الکتریسیته برای تامین انرژی یک لیزر الکترومغناطیسی ریزموج استفاده می‌شود و این لیزر انرژی الکترومغناطیسی را به ایستگاهی در زمین منتقل می‌کند.

آنتن‌های مخصوصی این انرژی الکترومغناطیسی را دریافت و آن را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. بادهای خورشیدی نیز نمونه‌ای دیگر است که سر زبان‌ها افتاده است. تولید انرژی از بادهای خورشیدی شامل تعداد بیشماری ذرات باردار است که با سرعت بسیار بالا از سطح خورشید ساتع می‌شوند. با استفاده از یک بادبان خورشیدی (Solar Sail) بسیار بزرگ و یک سیم باردار می‌توان از این ذرات برای تولید برق استفاده کرد.

طبق تحقیقات انجام‌شده از سوی دانشگاه واشنگتن میزان برقی که می‌توان از بادهای خورشیدی تولید کرد نامحدود است و بستگی به اندازه بادبان خورشیدی مورد استفاده دارد. سازمان تحقیقات فضایی ژاپن موفق شد در سال ۲۰۱۰ از بادهای خورشیدی برق تولید کند. یک سیم مسی ۳۰۰‌متری که به یک رسیور دو‌متری و یک بادبان ۱۰‌متری وصل است می‌تواند برق مورد نیاز هزار خانوار را تامین کند. یک ماهواره با هزار متر کابل و یک بادبان به طول ۸۴۰۰ کیلومتر می‌تواند «یک میلیارد میلیارد» گیگاوات برق تولید کند.