پوشاندن بیابان‌ها با پنل‌های خورشیدی: دشواری‌ها و موانع

دن کوارتلر: هر روزه، دمای شن‌های صحرای بزرگ آفریقا به بیش از ۸۰ درجه سلسیوس می‌رسد. در این منطقهٔ تقریبا ۹ میلیون کیلومتر مربعی، این صحرای عظیم، سالانه حدود ۲۲ میلیون تراوات ساعت انرژی از خورشید دریافت می‌کند. این مقدار بیش از ۱۰۰ برابر انرژی مصرفی سالیانه بشر است. پس، آیا پوشاندن صحرا با پنل‌های خورشیدی می‌تواند مشکلات انرژی ما را تا ابد حل کند؟

پنل‌های خورشیدی زمانی کار می‌کنند که نور با انرژی کافی به سطح آن بتابد تا الکترون‌ها پیوندهای پایدار خود با اتم را بشکنند و جدا شوند. این الکترون‌ها در مسیر رسیدن دوباره به ثبات، الکتریسیته تولید می‌کنند. با این حال، پنل‌ها در مقدار تولید انرژی محدودیت دارند. پنل‌های خورشیدی فقط می‌توانند طول موج خاصی از نور را دریافت کنند که تبدیل تقریبا نیمی از نور دریافتی به برق را غیرممکن می‌کند. و حتی اغلب ذرات نوری که به کارمان می‌آیند بدون هیچ تاثیری بر الکترون منعکس می‌شوند.

اما به لطف دانشمندان و مهندسان باهوش و سرمایه‌گذاری قابل توجه دولت، پنل‌های خورشیدی بیشتر از هر زمان دیگری برق تولید می‌کنند. پوشش‌های ضد بازتاب و الگوهای روی سطح پنل‌ها شانس رسیدن ذرات نور و برخورد با الکترون‌ها را افزایش می‌دهند. این رویکردها راندمان پنل‌های خورشیدی تجاری را از مقادیر اندک به ۲۵ درصد و مدل‌های آزمایشی را تا ۴۷ درصد افزایش دادند. علاوه بر این، تجهیزات خورشیدی ۸۹ درصد از دهه گذشته ارزان‌تر شده‌اند، که این به لطف مدیریت زنجیره‌های تامین جهانی است که برای سایر تکنولوژی‌ها هم از مواد مشابه استفاده می‌کنند. در مجموع، این عوامل انرژی خورشیدی را به ارزان‌ترین منبع الکتریسیته روی زمین تبدیل کردند.

کشورهایی مانند هند، چین، مصر و آمریکا قبلا این پنل‌های جدید را در صحرا قرار داده‌اند. مساحت مزارع عظیم خورشیدی آنها بین ۱۵ تا ۵۶ کیلومتر مربع است، و زمانیکه خورشید به وسط آسمان می‌رسد (ظهر) این ساختارها می‌توانند انرژی مورد نیاز صدها هزار نفر از ساکنان محلی را تامین کنند. اما این مزارع به شدت گرم می‌شوند. نوری که سلول‌های خورشیدی تبدیل یا بازتاب ندهند، به صورت گرما جذب می‌شود که کارامدی پنل را کاهش می‌دهد. و سیستم‌های خنک‌کننده بسیاری از مزارع می‌توانند از مقادیر عظیم انرژی حاصل از فن‌های انرژی‌زا یا آب جاری برای حفظ دمای بهینه استفاده کنند. حتی با وجود این سیستم‌ها، پنل‌های خورشیدی در صحرا گرمای بسیار بیشتری نسبت به یک محیط شنی طبیعی جذب می‌کند. این موضوع در مقیاس با مزارع خورشیدی موجود مشکل چندانی به حساب نمی‌آید. اما اگر تلاش کنیم که صحرای آفریقا را پوشش دهیم، این کار می‌تواند تغییرات عظیمی در شرایط آب‌وهوایی منطقه ایجاد کند. ساخت مزارع خورشیدی در حال حاضر اکوسیستم منطقه را به هم می‌ریزد، اما سازه‌ای به این اندازه می‌تواند به طرز قابل توجهی چشم‌انداز صحرا را دگرگون کند.

خوشبختانه، پنل‌های خورشیدی تنها گزینه انتخابی ما نیستند و تعدادی از بزرگترین مزارع خورشیدی در جهان در حال آزمایش چیز جدیدی هستند : آینه‌های غول‌پیکر. نیروگاه خورشیدی نور در مراکش، که در نهایت تقریبا ۳۰ کیلومتر مربع از صحرای آفریقا را پوشش خواهد داد، نیروگاه خورشیدی متمرکز به حساب می‌آید. این طرح نور را به یک گیرنده منعکس می‌کند که انرژی را به گرما و سپس به برق تبدیل می‌کند. این آینه‌ها هنوز هم تغییرات دمایی خطرناکی برای حیات وحش محلی به وجود می‌آورند، اما تاثیر بسیار کمی در تغییر چشم‌انداز منطقه دارد. و از آنجایی که خنک شدن این تجهیزات زمان می‌برد، اغلب تا پس از غروب آفتاب هم به تولید برق می‌پردازند.

چه از پنل‌ها و چه از آینه‌ها استفاده شود، نیروگاه‌های خورشیدی صنعتی اغلب به سادگی به زیرساخت‌های انرژی موجود می‌پیوندند. اگرچه، تامین برق بدون کمک شبکه سراسری برق کاری بسیار دشوار است. برخی کشورها در حال بررسی راه‌هایی برای راه‌اندازی شبکه برق جهانی هستند. بیشتر مزارع خورشیدی انرژی را در باتری‌های عظیم ذخیره می‌کنند، و یا برق را برای استفاده در آینده به سوخت پاک(سوخت کربن خنثی) تبدیل می‌کنند. با این حال، این فناوری‌ها هنوز هم بسیار گران و ناکارامد هستند. بدتر از آن، صنایع تجدیدپذیر می‌توانند مشکلاتی مشابه سوخت‌های فسیلی به بار آورند، با تکیه بر عملیات‌های مخرب معدن‌کاری و زنجیره‌های تامین جهانی انتشار کربن.

خوشبختانه، انرژی خورشیدی می‌تواند در هر مقیاسی به کار گرفته شود، از مزارع خورشیدی صنعتی گرفته تا تاسیسات کوچک‌تر که برق ساختمان‌ها و مناطق روستایی را تامین می‌کنند. این پروژه‌ها می‌توانند کمبود انرژی را جبران کرده و یا منبع انرژی مستقلی برای مناطق خارج از محدوده شبکه تشکیل دهند. علاوه‌براین، پنل‌های خورشیدی از چند بخش ساده تشکیل شده‌اند که می‌توان آن‌ها را به سرعت نصب کرد و تقریبا به سادگی ارتقا داد. در واقع، این انعطاف‌پذیری است که انرژی خورشیدی را در دهه گذشته مقرون‌به‌صرفه و فراگیر کرد. پس اگر ما میخواهیم با مصرف رو به رشد انرژی بشر همگام شویم، به هردو پاسخ بزرگ و کوچک نیاز خواهیم داشت.