Earth 2050
جدید

برق

نیروی خورشیدی

چرا انرژی خورشیدی آینده سیاره ماست

آیا انسان‌ها می‌توانند کل سیاره را از یک بیابان تأمین کنند؟ این ایده و گزینه‌های دیگر را بررسی می‌کنیم، از پنل‌های خورشیدی روی پشت‌بام تا کشاورزی-خورشیدی و آرایه‌های خورشیدی شناور. نشان می‌دهیم انرژی خورشیدی واقعاً چطور کار می‌کند و مواد تازه‌ای مثل پروسکایت را بررسی می‌کنیم که پنجره‌ها را به پنل خورشیدی تبدیل می‌کنند. خورشیدی حالا ارزان‌ترین منبع انرژی در تاریخ بشر است، اما هنوز چند مشکل برای حل کردن وجود دارد...

دانلود راهنما
تأثیرسرعتهزینهبلوغ فناوریطبیعت

۴٫۶کلی

امتیاز این راه‌حل

  • تأثیر5 / 5نور خورشید بزرگ‌ترین منبع انرژی زمین است و انرژی خورشیدی سریع‌تر از همه در حال گسترش است.
  • سرعت5 / 5مزارع خورشیدی در چند ماه از مجوز تا تولید برق می‌رسند و سریع گسترش می‌یابند.
  • هزینه5 / 5ارزان‌ترین برق تولیدشده تا امروز؛ هزینه خودش را درمی‌آورد.
  • بلوغ فناوری5 / 5بالغ، تولید انبوه‌شده و نصب‌شده در تقریباً همه کشورها.
  • طبیعت3 / 5ضرر کم است، اما پنل‌ها به مواد نیاز دارند و مزرعه‌های بزرگ خورشیدی جا می‌گیرند.

راهنما

این متنِ تصویریِ فیلم است. این راهنما فعلاً فقط به انگلیسی در دسترس است - زبان شما به‌زودی می‌آید.

راهنما 1/11راهنما 2/11راهنما 3/11راهنما 4/11راهنما 5/11راهنما 6/11راهنما 7/11راهنما 8/11راهنما 9/11راهنما 10/11راهنما 11/11

آزمون

سوال 1 از 10

گفته می‌شود ارشمیدس علیه کشتی‌های مهاجم رومی از چه چیزی استفاده کرد؟

امتیاز 0 / 10

متن گفتار

هزاران سال است که بشر با شگفتی، حیرت و چشم‌های نیمه‌باز به خورشید نگاه می‌کند. آن را پرستیده، با آن زمان را سنجیده و دوست دارد زیر پرتوهایش حمام آفتاب بگیرد (و گاهی هم خودش را بسوزاند).

اما اگر خورشید می‌توانست چیزی بیشتر از وسیله برنزه شدن باشد؟ اگر می‌توانست جای سوخت‌های فسیلی را بگیرد و مشکل انرژی بشر را حل کند؟

به دنیای انرژی خورشیدی خوش آمدید!

انسان‌ها از وقتی فهمیدند خورشید وجود دارد، از گرمایش استفاده کرده‌اند. در واقع، گفته می‌شود دانشمند یونان باستان، ارشمیدس، با چند آینه غول‌پیکر آن پرتوهای طلایی دوست‌داشتنی را در یک نقطه متمرکز کرد و پرتویی آن‌قدر داغ ساخت که کشتی‌های رومی مهاجم را آتش زد [1,2,3]. لابد حسابی هم آفتاب‌سوختگی می‌آورد!

اما ۲۰۰۰ سال دیگر طول کشید تا یک فرانسوی باهوش دیگر به نام Edmond Becquerel کشف کند که با مواد مناسب، می‌شود نور خورشید را به برق تبدیل کرد [4,5,6].

و کمی بعد از آن، در ۱۹۵۴، کشف او به ساخت نخستین سلول خورشیدی سیلیکونی [4,5,7,8] و امکان انرژی نامحدود، ارزان و فراوان برای همه منجر شد. اما فناوری خورشیدی دقیقاً چطور کار می‌کند؟

نور از ذرات خیلی ریزی به نام فوتون ساخته شده و آن‌ها انرژی دارند که با سرعت... خب، سرعت نور حرکت می‌کند.

هر ثانیه، فوتون‌هایی که خورشید می‌فرستد به جو زمین، اقیانوس‌ها و قاره‌ها برخورد می‌کنند و گرما تولید می‌کنند که یا سیاره را گرم می‌کند... یا اگر چند آینه غول‌پیکر دم دستت باشد، کشتی‌های رومی را می‌سوزاند!

اما اگر به نوع خیلی خاصی از ماده به نام نیمه‌رسانا برخورد کنند، این فوتون‌ها مثل توپ بولینگ عمل می‌کنند و الکترون‌ها را از اتم‌هایی که به آن‌ها می‌خورند جدا می‌کنند [9,10]. و همین الکترون‌ها برق تولید می‌کنند. پس اصل کار پنل‌های خورشیدی همین است...

اما آیا این فناوری واقعاً می‌تواند اشتهای سیری‌ناپذیر بشر برای انرژی را برآورده کند؟

برای تولید برق کافی برای همه تلویزیون‌ها، تلفن‌ها، تخت‌های برنزه‌کننده و هر چیز دیگری که می‌شود برقی‌اش کرد، به بیش از صد هزار کیلومتر مربع پنل خورشیدی نیاز داری [11]، که شاید زیاد به نظر برسد، اما فقط ۱٫۵٪ از صحرای بزرگ آفریقاست [11].

پس چرا بشر دنیا را با یک مزرعه خورشیدی عظیم در صحرای بزرگ آفریقا برق‌رسانی نمی‌کند؟

خب، معلوم شده بیابان‌ها دقیقاً جای مهمان‌نوازی نیستند. دماهای سوزان و شن‌های بادهای بیابانی می‌توانند بازده پنل‌های خورشیدی را کم کنند [12,13,14]، و چون صحرای بزرگ آفریقا خیلی دورافتاده است، نصب و نگهداری هم چالش‌هایی دارند [15,16]، تازه باید برق را از میان هزاران کیلومتر کابل هم منتقل کرد [17,18].

هرچند از نظر تئوری می‌شود از این چالش‌های فنی گذشت، مشکلات بزرگ‌تر از چالش‌های پیچیده ژئوپلیتیکی چنین پروژه بلندپروازانه‌ای پیش می‌آیند [16,17,18]، و همین باعث می‌شود یک مزرعه خورشیدی عظیم در صحرای بزرگ آفریقا که برق کل دنیا را تأمین کند، ناگهان چندان منطقی به نظر نرسد!

خوشبختانه، مزرعه‌های خورشیدی لازم نیست در بیابان باشند. در واقع، پنل‌های خورشیدی را تقریباً هر جایی می‌شود گذاشت، و نصب آن‌ها روی فقط نیمی از پشت‌بام‌های دنیا می‌تواند برای تأمین نیاز برق بشر کافی باشد [19,20,21].

همچنین می‌شود آن‌ها را کنار محصولات کشاورزی در زمین‌های کشاورزی گذاشت [22,23] تا دو تا از چیزهای محبوب بشر را با هم تولید کنند: غذا و برق.

پنل‌های شناور حتی می‌توانند روی مخزن‌های آب دنیا قرار بگیرند [24,25]، جلوی تبخیرشان را بگیرند [26,27] و مطمئن شوند انسان‌ها در جلسه‌های طولانی حمام آفتابشان آب کافی برای سیراب ماندن دارند. در واقع، مخزن‌های آب به‌تنهایی آن‌قدر سطح دارند که همه برق دنیا را تأمین کنند [28,29,30].

پس، پنل‌های خورشیدی قطعاً می‌توانند برق دنیا را تأمین کنند، اما آیا عملی است؟

اولین چالش، چیزی است که برای بشر خیلی آشناست: اول از همه باید خود پنل‌ها را ساخت. برای ساختنشان، بشر به منابع و انرژی نیاز دارد که همه‌شان هزینه‌هایی دارند [31]. مثلاً، سیلیکون موجود در سلول‌های خورشیدی باید استخراج و فرآوری شود، و این خودش می‌تواند مشکلات زیست‌محیطی ایجاد کند [32,33].

شاید بزرگ‌ترین مانع انرژی خورشیدی را بتوان با یک سؤال ساده خلاصه کرد... وقتی خورشید نمی‌تابد چه می‌شود؟

اگر تا حالا روی زمین وقت گذرانده باشی، احتمالاً دیده‌ای که از هر ۲۴ ساعت، حدود ۱۲ ساعتش در تاریکی می‌گذرد. و بسته به اینکه کجا باشی، بعضی جاها خیلی تاریک‌تر از بقیه‌اند [34,35].

بدتر اینکه، حتی در ساعت‌های روشن روز هم ابرهای مزاحم می‌توانند جلوی نور را بگیرند، که اگر برای برق به آن نور خورشید نیاز داشته باشی، اصلاً ایده‌آل نیست [36]. یعنی انرژی خورشیدی چیزی است که به آن منبع انرژی متناوب می‌گویند.

چون تقاضای برق در طول روز تغییر می‌کند، انرژی خورشیدی همیشه آنچه لازم است تولید نمی‌کند: گاهی زیادی تولید می‌کند و گاهی هم نمی‌تواند به اندازه تقاضا برق تولید کند [37]. پس، یا باید انرژی اضافی را برای استفاده بعدی ذخیره کرد، یا وقتی خورشید نمی‌تابد به منابع دیگر نیاز است [38,39,40].

فعلاً بشر هنوز نفهمیده چطور انرژی خورشیدی کافی ذخیره کند تا با اطمینان برق کل دنیا را تأمین کند، پس در حال حاضر انرژی خورشیدی به‌تنهایی نمی‌تواند سیاره را برق‌رسانی کند.

اما نترس! مثل ارشمیدس باستان و Becquerel باهوش، خیلی از انسان‌های امروزی روی راه‌حل‌های فناورانه کار می‌کنند، و کارشان دارد جواب می‌دهد.

موادی مثل پروسکایت می‌توانند پنل‌های خورشیدی را پربازده‌تر [41,42]، از نظر زیست‌محیطی پاک‌تر و کم‌نیازتر به منابع از پنل‌های سیلیکونی سنتی کنند [43]. حتی می‌شود پروسکایت را روی سطح‌ها، از جمله شیشه، رنگ کرد، چاپ کرد یا پاشید [41,44] و پنجره‌ها را به پنل خورشیدی تبدیل کرد [45].

پیشرفت در بازیافت، نیاز به استخراج مواد معدنی را باز هم کم می‌کند [46,47]، و قیمت پنل‌های خورشیدی در ۴۰ سال گذشته بیش از ۹۹٪ سریع پایین آمده [48-52] و انرژی خورشیدی را در رقابت بزرگ برای پیدا کردن ارزان‌ترین منبع انرژی در تاریخ بشر، کنار باد به رتبه اول رسانده است [53,54]. و اگر چیزی باشد که انسان‌ها بیشتر از برق، غذا یا برنزه شدن دوست دارند، آن یک معامله خوب است!

اما ایده ارشمیدس برای متمرکز کردن انرژی خورشیدی در یک نقطه چطور؟ آیا می‌شود از آن برای تولید برق استفاده کرد؟ خب، بله. نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز همین امروز هم وجود دارند و با متمرکز کردن آینه‌های غول‌پیکر، نمک مذاب را گرم می‌کنند؛ این گرما بعد برق تولید می‌کند. اما به‌خاطر افت سریع قیمت‌ها، مجموعه پنل‌های خورشیدی حالا برق را با حدود یک‌سوم هزینه نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز تولید می‌کنند [54].

پس به نظر می‌رسد پنل‌های خورشیدی راه آینده‌اند. در واقع، حالا آن‌قدر ارزان شده‌اند که ظرفیت جهانی پنل‌های خورشیدی تقریباً هر سه سال دو برابر می‌شود [55] و در مسیر تأمین بیش از نیمی از برق جهان تا سال ۲۰۵۰ هستند [56,57,58].

اما آیا واقعاً می‌توانند جای سوخت‌های فسیلی را بگیرند و سیاره را نجات دهند؟ خب، احتمالاً نه به‌تنهایی... اما پنل‌های خورشیدی همراه با منابع انرژی دیگر (و یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی در کنارش) می‌توانند به بشر کمک کنند عادت سوخت فسیلی را ترک کند و آینده‌ای بسازد که از همیشه درخشان‌تر است!

مشاوران متخصص

مایلیم از این افراد تشکر کنیم

Prof. Alastair Buckley

دانشگاه شفیلد

دانشکده علوم ریاضی و فیزیک

Dr. Dan Lamb

دانشگاه سوانزی

مرکز MOCVD اکسیدها و کالکوژنیدها، CISM

ویدیوهای بیشتر

این منابع مستقل هستند. همه‌چیزهایی که اینجا لینک شده‌اند به انگلیسی هستند.

بررسی کلی - نحوه کار پنل‌های خورشیدی - داخل نیمه‌رسانا - پیوند PN و فیزیک

بررسی کلی - نحوه کار پنل‌های خورشیدی - سیستم‌های پنل خورشیدی - آرایه‌ها، مزارع و شبکه

آینده انرژی خورشیدی - هزینه‌ها، مقیاس و نفوذ جهانی - مطالعات موردی برای آینده ۱۰۰٪ تجدیدپذیر (ترکیب با باد و باتری‌ها)

آینده انرژی خورشیدی - هزینه‌ها، مقیاس و نفوذ جهانی - پیش‌بینی‌های اندیشکده‌ها

جغرافیا و کاربردها - فرصت‌های جهانی برای مزارع، سیستم‌های شناور و هیبریدی

مطالعه بیشتر

این منابع مستقل هستند. همه‌چیزهایی که اینجا لینک شده‌اند به انگلیسی هستند.

چگونه کار می‌کند

نیروی خورشیدی صحرا

کشاورزی خورشیدی

پنل‌های خورشیدی شناور

منحنی اردک

بازیافت سلول‌های خورشیدی

ذخیره‌سازی انرژی

فناوری خورشیدی آینده

گذار انرژی

منابع

همه‌چیزهایی که اینجا لینک شده‌اند به انگلیسی هستند.

  1. [1] محاصره سیراکوز (۲۱۴-۲۱۲ پیش از میلاد) | اهمیت، شرح و ارشمیدس | Britannica
  2. [2] ارشمیدس - او غیر از فریاد زدن «اورکا!» چه کرد؟ (دسترسی در Archive.org)
  3. [3] بازسازی یک پرتو مرگ باستانی | The New York Times
  4. [4] اولین سلول خورشیدی سیلیکونی کاربردی | American Physical Society
  5. [5] تاریخچه‌ای کوتاه از پنل‌های خورشیدی | Smithsonian Magazine
  6. [6] یادداشت ۱۸۳۹ بکرل - اثر تابش بر تیغه‌های فلزی | Academy of Sciences Weekly Reports
  7. [7] اختراع سلول خورشیدی | Popular Science (بخشی از Let It Shine – The 6,000-Year Story of Solar Energy)
  8. [8] بررسی عمیق سند: حق اختراع اولین سلول خورشیدی کاربردی | Smithsonian Magazine
  9. [9] فتوولتائیک و برق | U.S. Energy Information Administration
  10. [10] راهنمای علم و مهندسی فتوولتائیک | Wiley Online Library
  11. [11] با استفاده از انرژی خورشیدی ۱٪ صحرا می‌توانیم برق کل جهان را تأمین کنیم | Forbes (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  12. [12] تأثیر فناوری‌های سلول فتوولتائیک و دمای بالا بر عملکرد سیستم فتوولتائیک | Ain Shams Engineering Journal
  13. [13] برخورد عمودی ذرات شن با سطح شیشه پنل خورشیدی | Tribology International
  14. [14] کارشناسان می‌گویند هوای خیلی گرم می‌تواند کار پنل‌های خورشیدی را مختل کند | World Economic Forum
  15. [15] آیا یک آرایه خورشیدی غول‌پیکر در صحرا می‌تواند نیازهای انرژی ما را حل کند؟ | CORDIS European Commission
  16. [16] فراتر از انرژی پاک: باد و خورشید در صحرا می‌توانند بارندگی در ساحل را بیشتر کنند | UNEP
  17. [17] در رقابت برای انرژی پاک، اروپا رو به شمال آفریقا آورده است | Yale E360
  18. [18] (چرا) Desertec شکست خورد؟ یک تحلیل موقت از پروژه زیرساخت انرژی تجدیدپذیر در مقیاس بزرگ | Local Environment
  19. [19] ارزیابی جهانی مکانی-زمانی ظرفیت فتوولتائیک خورشیدی روی بام برای تولید برق تجدیدپذیر | Nature Communications (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  20. [20] زمین‌های کشاورزی و بام‌ها: ظرفیت استفاده‌نشده جهانی برای فتوولتائیک خورشیدی | Environmental Research Letters (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  21. [21] مدل‌سازی ظرفیت جهانی فتوولتائیک روی زمین و حساسیت آن به تغییرات اقلیمی | Environmental Research Letters (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  22. [22] کشاورزی‌خورشیدی: ترکیب پنل‌های خورشیدی و کشاورزی برای نتیجه‌ای برد-برد | Statkraft
  23. [23] کشاورزی‌خورشیدی: هم‌مکانی خورشیدی و کشاورزی | US Department of Energy
  24. [24] فتوولتائیک شناور: در حال رشد در اروپا | Intersolar Europe
  25. [25] جایی که خورشید به آب می‌رسد: گزارش بازار خورشیدی شناور | ESMAP
  26. [26] طلوع خورشیدی شناور-فناوری، مزایا و چالش‌ها | Proceedings of the World Conference on Floating Solutions 2019
  27. [27] PV خورشیدی شناور برای کاهش تبخیر در مناطق کم‌آب و تأمین برق پمپاژ آب: مطالعه موردی اردن | Energy Conversion and Management
  28. [28] تولید انرژی و صرفه‌جویی آب از سامانه‌های خورشیدی فتوولتائیک شناور روی مخازن جهانی | Nature Sustainability (ذکرشده در پنل‌های خورشیدی شناور روی مخازن می‌توانند برق یک‌سوم جهان را تأمین کنند، پژوهش می‌گوید | The Independent) (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  29. [29] ترکیب نیروگاه‌های فتوولتائیک خورشیدی شناور و مخازن برق‌آبی | Energy Procedia (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  30. [30] وضعیت و ظرفیت بالقوه جهانی PV شناور | Progress in Energy (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  31. [31] اثرات زیست‌محیطی تولید برق PV-مقایسه‌ای انتقادی از گزینه‌های تأمین انرژی | 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference | UN CTNC
  32. [32] تأثیر استخراج سیلیکا بر محیط زیست | Journal of Geography and Regional Planning
  33. [33] اثرات زیست‌محیطی سامانه‌های فتوولتائیک خورشیدی: مروری انتقادی بر پیشرفت‌های اخیر و چشم‌انداز آینده | Science of The Total Environment
  34. [34] ارزیابی مکانی ظرفیت انرژی خورشیدی در مقیاس جهانی. یک رویکرد جغرافیایی | Journal of Cleaner Production
  35. [35] ناپیوستگی و تجمیع تولید برق خورشیدی | Nature
  36. [36] تغییرپذیری مکانی-زمانی متغیرهای اقلیمی و تولید برق تجدیدپذیر ناپیوسته - یک مرور | Renewable and Sustainable Energy Reviews
  37. [37] ده سال تحلیل نمودار اردک: کشف NREL در ۲۰۰۸ چطور امروز به ورود بیشتر انرژی خورشیدی به شبکه برق کمک می‌کند | NLR (NREL) (بایگانی‌شده)
  38. [38] ذخیره‌سازی انرژی برای ساخت سامانه‌های برق ارزان، قابل‌اعتماد و با کربن‌زدایی عمیق مهم است | MIT News
  39. [39] مروری بر مکمل‌بودن منابع انرژی تجدیدپذیر | Solar Energy
  40. [40] سامانه تولید برق مکمل ذخیره‌سازی تلمبه‌ای و ترکیبی بادی-فتوولتائیک | Applied Energy
  41. [41] مقدمه: چرا پروسکایت و سلول‌های خورشیدی پروسکایتی؟ | Prevoskite Photovoltaics
  42. [42] تندم‌ها توان زیادی دارند | Science (در پروسکایت «ماده معجزه‌آسا» مرز بازده پنل خورشیدی را درهم می‌شکند | The Independent)
  43. [43] نگاهی تازه به عملکرد زیست‌محیطی سلول‌های خورشیدی تندم پروسکایت-روی-سیلیکون | Sustainable Energy & Fuels | RSC (در اثرات زیست‌محیطی PV پروسکایت | PV magazine International)
  44. [44] فناوری‌های پروسکایت خورشیدی | Encyclopedia of Sustainable Technologies (ویرایش دوم)
  45. [45] پنجره‌های هوشمند جدید زیر نور خورشید تیره می‌شوند-و هم‌زمان برق تولید می‌کنند | Science | AAAS
  46. [46] مروری بر بازیافت ماژول‌ها/پنل‌های خورشیدی | Solar Energy Materials and Solar Cells
  47. [47] پیشرفت فناوری در بازیافت فتوولتائیک خورشیدی: یک مرور | Minerals
  48. [48] نوآوری فناورانه امکان کاهش کم‌هزینه تغییرات اقلیمی را فراهم می‌کند | Energy Research & Social Science (در با سقوط قیمت پنل‌های خورشیدی، سوخت‌های فسیلی «رو به منسوخ شدن‌اند» | The Independent)
  49. [49] قیمت پنل‌های خورشیدی هر بار که ظرفیت جهانی دو برابر شده، حدود ۲۰٪ کاهش یافته است | Our World in Data (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  50. [50] چرا انرژی‌های تجدیدپذیر این‌قدر سریع ارزان شدند؟ | Our World in Data (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  51. [51] قیمت پنل‌های خورشیدی (فوتوولتائیک) | Our World in Data (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  52. [52] چشم‌انداز بازار جهانی PV در سه‌ماهه سوم ۲۰۲۴ | BloombergNEF (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  53. [53] World Energy Outlook 2024 - تحلیل | IEA
  54. [54] هزینه‌های تولید برق تجدیدپذیر در ۲۰۲۳ | IRENA (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  55. [55] چشم‌انداز بازار جهانی انرژی خورشیدی برای ۲۰۲۲-۲۰۲۶ | Solar Power Europe (بایگانی‌شده)
  56. [56] برق تجدیدپذیر ارزان به‌عنوان عامل اصلی گذار جهانی انرژی به‌سوی پایداری | Energy
  57. [57] شتاب گذار به انرژی خورشیدی | Nature Communications (در UCL News | University College London)
  58. [58] انرژی خورشیدی شاید تا ۲۰۵۰ نیمی از برق جهان را تولید کند | Bloomberg

یادداشت‌های مرجع

11

مساحت تقریبی بیابان مورد نیاز برای تأمین انرژی جهان با یک مزرعه خورشیدی در صحرا

مقاله این منبع از گفت‌وگویی در پلتفرم آنلاینِ اشتراک-گذاری دانش Quora گرفته شده و بنابراین به‌طور رسمی در یک مجله یا گزارش علمی بررسی یا منتشر نشده است. با این حال، در هر دو نشریه Forbes و New York Times زیاد نقل، ارجاع و بازچاپ شده و نویسنده آن را نخستین موردی می‌داند که در آن راه‌حلی خورشیدی برای نیازهای انرژی جهان پیشنهاد شده و امکان‌پذیری، کاربردی بودن و اعداد مربوط به یک «راه‌حل صحرا» بررسی شده‌اند. نویسنده که یک کارشناس دانشگاهی و صنعتی است، آن را با دقت نقد و دفاع کرده و همکاران دانشگاهی و صنعتی هم به‌طور غیررسمی تأییدش کرده‌اند. بخش‌هایی از این پیشنهاد و محاسبات پشتیبانش را می‌توان فرضی، محاسبات «back-of-the-envelope» یا پایه‌ای برای سناریوهای واقعی-دنیاییِ راه‌حل دانست و در هر دو این زمینه‌ها درباره‌شان بحث می‌شود، اما اینجا نقش یک برآورد روشنگر را دارند.

مهم‌تر از همه، برآوردش را بر پایه مصرف کل انرژی می‌گذارد و فرض می‌کند همه کاربردهای انرژی، از جمله گرما، حمل‌ونقل و فرایندهای صنعتی، کاملاً برقی شوند. امکان برق‌رسانی مستقیم به این کاربردها متفاوت است و گاهی عملی یا ممکن نیست (هرچند بعضی از آن‌ها می‌توانند با هیدروژن سبزِ تولیدشده با الکترولیز خورشیدی-برقی کار کنند). یک برآورد تجمیعیِ AI-تولیدشده نشان می‌دهد که با فناوری‌های فعلی و کوتاه-مدت، حدود ~۶۰-۷۰٪ از تقاضای جهانی انرژی می‌تواند به‌طور عملی برقی شود، بر پایه دیدگاه‌های بخشی McKinsey، IRENA و چشم‌اندازهای جهانی انرژیِ IEA A,B,C، با این اذعان که چالش‌های عملی وجود دارند. مساحت موردنیاز مزرعه خورشیدی صحرا برای پشتیبانی از تقاضای فعلی برق جهان خیلی کمتر خواهد بود.

برآوردِ نیاز به ۱٫۲٪ از صحرای آفریقا، برای در نظر گرفتن افزایش‌های اخیر تقاضای جهانی انرژی، به ۱٫۵٪ تغییر داده شده است (تقریباً ۱۹٫۶ تراوات در سال ۲۰۲۳ D,E).

19,20,21

پتانسیل جهانی پنل‌های خورشیدی روی پشت‌بام‌ها

چندین مقاله پتانسیل جهانی سامانه‌های فتوولتائیک خورشیدی روی بام (PVها) را مدل‌سازی کرده‌اند، اما به نتایج متفاوتی رسیده‌اند. یک مقاله [19] برآورد می‌کند که کل مساحت مناسب PV روی بام‌ها می‌تواند سالانه ۲۷ PWh برق تولید کند، یعنی بیشتر از تقاضای جهانی برق در سال ۲۰۱۸. به‌دلیل تفاوت‌های جغرافیایی و فصلی در نور خورشید و در نتیجه پتانسیل PV، سهم مساحت بام هر منطقه از این پتانسیل کل یکسان نیست یعنی ظرفیت یک منطقه ممکن است خیلی کمتر از تقاضای همان منطقه باشد، در حالی که ظرفیت منطقه‌ای دیگر می‌تواند از تقاضا بیشتر شود و سهم نامتناسبی در عرضه جهانی داشته باشد. نویسندگان برآورد می‌کنند که برای تأمین تقاضای سالانه برق جهان در مجموع مناطق، دست‌کم ۵۰٪ از مساحت بام‌های جهان لازم است.

تا سال ۲۰۲۳، تقاضای جهانی برق به کمی کمتر از ۳۰ PWh F رسیده است، که از پتانسیل جهانی PV-بامیِ پیشینِ گزارش‌شده در [19] بیشتر است. کل تقاضای انرژی (شامل گرمایش، حمل‌ونقل و فرایندهای صنعتی و همچنین برق)، در همین حال، حدود ۱۷۲ PWh D,E بود. مقاله‌ای دیگر [20]، ناسازگاری‌هایی را در روش‌شناسی [19] مطرح می‌کند و برآورد می‌کند که پتانسیل جهانی PV-بامی می‌تواند حدود ۳۰٫۵ TW ظرفیت نصب‌شدنیِ حداکثر داشته باشد، که معادل بیش از ۲۶۷ PWh در سال است و حتی از کل تقاضای انرژی ما هم بسیار بیشتر است. مقاله سومی [21] برآورد می‌کند که پتانسیل جهانی PV-بامی تا سال ۲۰۵۰ به ۱۷۵ TWh در سال برسد، که بسته به سناریوهای مختلف انتشارِ در حال شکل‌گیری ممکن است تغییر کند. این پیش‌بینی شامل گسترش PVهای روی بام برای پشتیبانی از مساحت کل PV به‌مراتب بیشتر از مقدار گزارش‌شده توسط [19] است. با در نظر گرفتن این یافته‌ها و روش‌شناسی‌های مربوط به آن‌ها، به این نتیجه محتاطانه می‌رسیم که فقط نیمی از بام‌های جهان شاید برای تأمین نیاز برق بشر کافی باشد.

28,29,30

پتانسیل جهانی پنل‌های خورشیدی شناور روی مخازن آب در سراسر جهان

در یک مقاله [28]، برآورد شده که تولید بالقوه انرژی از پوشش حداکثر ۳۰٪ از سطح سامانه‌های فتوولتائیک شناور (FPV) در همه مخازن جهان (۵۵۶٬۱۱۱ km2 در ۱۱۴٬۵۵۵ مخزن) سالانه ۹۴۳۴ TWh است. این برآوردی محتاطانه است که به‌خاطر محدودیت‌های فنی و زیست‌محیطی، بر پوشش محدود ۳۰٪ سطح با FPV تکیه دارد. همسو با این، مقاله‌ای دیگر [29] گزارش می‌کند که ۲۵٪ از سطح مخازن جهان می‌تواند ۸۰۰۰ TWh yr-1 تولید کند. بر پایه پیش‌بینی‌های IEA G، این مقدار دست‌کم یک‌چهارم تقاضای برق جهان را در آینده قابل پیش‌بینی پوشش می‌دهد (تا پایان ۲۰۲۳، تقریباً یک‌سوم تقاضا F)، و با ساخت مخازن جدید، ظرفیت ممکن است باز هم بیشتر شود.

با این حال، مقاله‌ای تازه‌تر [30] پیشرفت‌هایی در فناوری پنل خورشیدی را برجسته می‌کند که در این پژوهش‌های قبلی در نظر گرفته نشده بودند، از جمله سامانه‌های ردیابی خورشید و پنل‌های خورشیدی دوطرفه: «هرچند ردیاب‌ها ممکن است نیاز سامانه به شناوری و مهار را بیشتر کنند و هزینه کلی سامانه را بالا ببرند، افزایش چشمگیر انرژی آن‌ها نسبت به سامانه‌های با شیب ثابت، فناوری‌های در حال پیشرفت و کاهش هزینه احتمالاً باعث می‌شود در سال‌های آینده رایج‌تر شوند». برای فهمیدن اینکه این فناوری‌های جدید در سطح جهان چه عملکردی می‌توانند داشته باشند، آن‌ها «ظرفیت نصب و پتانسیل تولید انرژی پیکربندی‌های مختلف FPV، شامل نصب‌های با شیب ثابت و زاویه‌های شیب متفاوت، روش‌های مختلف ردیابی، و همچنین انواع گوناگون پنل (یک‌طرفه در برابر دوطرفه) را در ۲۴۹٬۷۱۷ مخزن داخلی (هم ساخت بشر و هم طبیعی) در سراسر جهان با مساحت کل ۲۲۲٬۶۲۳ km2 -حدود چهار برابر بیشتر از موارد بررسی‌شده در» [28] تحلیل کردند. با این به‌روزرسانی‌ها، نویسندگان ظرفیت کلی FPV را تا ۲۲ TWp (توان اوج) برآورد می‌کنند که می‌تواند کل تقاضای برق جهان را تأمین کند.

49-52

قیمت‌های فعلی پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک

«Our World in Data» [51] داده‌ها را از چند منبع، از جمله IRENA 2024 H، گردآوری می‌کند. همان‌طور که در صفحه وب آمده، IRENA قیمت ماژول‌های فتوولتائیک خورشیدی را برای چند فناوری مختلف نشان می‌دهد. داده‌های از سه‌ماهه چهارم ۲۰۱۳ به بعد، میانگین قیمت سالانه فناوری‌های ‘Thin film a-Si/u-Si’ یا شاخص قیمت جهانی به‌عنوان مرجع همه فناوری‌های خورشیدی است که در ۲۰۲۳ به قیمت جهانی $۰٫۳۱/W رسیده است. منابع دیگر I,J,K فناوری رایج پنل‌های مونوکریستال دوطرفه‌نبودن را مرجع اصلی خود می‌گیرند که قیمتش حتی پایین‌تر هم آمده است:

در ژانویه ۲۰۲۴، قیمت ماژول‌های لایه‌نازک a-Si/u-Si فروخته‌شده در اروپا به ~$۰٫۱۶/W رسید H. در آوریل ۲۰۲۴، قیمت لحظه‌ای جهانی ماژول‌های مونوکریستال دوطرفه‌نبودن $۰٫۱۱/W گزارش شد I. در نوامبر ۲۰۲۴، پنل‌های مونوکریستال PERC که بازار را در دست دارند و فناوری‌های نسل بعدی c-Si TOPCon به‌ترتیب در چین، اروپا و آمریکا به $۰٫۰۸۷/W، $۰٫۱/W و $۰٫۲۹/W رسیدند J,K †.

†قیمت‌های صادراتی معمولاً به‌خاطر هزینه‌های لجستیک، تعرفه‌ها و عوامل بازار منطقه‌ای، به‌ویژه شرایط تجاری بین‌المللی (FOB برای صادرات چین در برابر DDP برای آمریکا و اروپا J) در بازارهای جهانی از چین بالاترند.

Bloomberg [52] گزارش می‌دهد که میانگین جهانی قیمت ماژول به $۰٫۰۹۶/W افت کرده است. در مقایسه با میانگین جهانی قیمت ماژول $۱۹٫۴۸/W در ۱۹۸۴ [51]، قیمت ماژول‌ها در ۴۰ سال بیش از ۹۹٪ پایین آمده‌اند.

برای مقایسه بیشتر، میانگین قیمت ماژول در آمریکا تا سه‌ماهه اول ۲۰۲۴ به $۰٫۲۹/W رسیده است I. این یعنی از ۱۹۸۹، در ۳۵ سال، ۹۶٪ کاهش L,M. قیمت‌های بالاتر در آمریکا به‌خاطر تعرفه‌ها بر ماژول‌های چینی و عوامل دیگر واردات حفظ شده‌اند I.

54

هزینه تولید برق خورشیدی فتوولتائیک در مقابل انرژی خورشیدی متمرکز

گزارش «هزینه‌های تولید برق تجدیدپذیر IRENA ۲۰۲۳» می‌گوید میانگین وزنی جهانی هزینه هم‌سطح‌شده برق (LCOE) برای خورشیدی فتوولتائیک ۰٫۰۴۴ دلار آمریکا/کیلووات‌ساعت بوده است. بین ۲۰۱۰ و ۲۰۲۳، میانگین وزنی جهانی LCOE نیروگاه‌های CSP با ۷۰٪ کاهش، از ۰٫۳۹۳ دلار/کیلووات‌ساعت به ۰٫۱۱۷ دلار/کیلووات‌ساعت رسید. بنابراین، در سال ۲۰۲۳، LCOE خورشیدی فتوولتائیک در مقیاس نیروگاهی کمی بیشتر از یک‌سوم LCOE CSP است. با این حال، هزینه‌های خورشیدی فتوولتائیک همچنان در حال کاهش‌اند. بین ۲۰۲۱ و ۲۰۲۳، هر سال فقط یک نیروگاه CSP راه‌اندازی شد، پس این سال‌ها لزوماً نماینده وضعیت کلی نیستند. با توجه به اینکه توسعه CSP کند شده و رقابت با خورشیدی فتوولتائیک شدید است، محتمل است که این نیروگاه‌ها پروژه‌هایی پیشرفته و بسیار بهینه‌شده بوده باشند که هدفشان نشان دادن رقابت‌پذیری بوده است. در نتیجه، میانگین LCOE گزارش‌شده شاید کمتر از چیزی باشد که در سالی با اجرای پروژه‌های CSP معمولی‌تر یا متنوع‌تر دیده می‌شود.

آیا شما تأمین‌کننده منابع مالی، دانشمند، آموزگار یا سیاست‌گذار هستید؟

دوست دارید از Earth 2050 حمایت کنید یا با ما همکاری کنید؟ با ما در تماس باشید.

info@earth2050.com