چندی پیش، خبری مبنی بر افتتاح نیروگاه‌های کوچک‌مقیاس خورشیدی در سال 1403منتشر شد و قرار است مصادف با هفته زمین پاک که از سوم تا نهم اردیبهشت است، این نیروگاه‌ها راه‌اندازی شوند. به‌گفته مدیرکل محیط‌زیست شهرداری تهران تا پایان نیمه اول امسال، 5 نیروگاه در استان تهران افتتاح می‌شوند. در نیمه دوم سال نیز، پس از انعقاد قرارداد این کار تداوم می‌یابد تا هر ۲۲ منطقه پایتخت، صاحب نیروگاه شوند. گفتنی است، تاسیس و راه‌اندازی نیروگاه‌های خورشیدی به‌منظور تامین برق و انرژی، همواره در کشور چالش‌های عدیده‌ای دارد. برخی کارشناسان معتقدند باوجود ۳۶۰ روز آفتابی در اغلب نقاط کشور، تولید انرژی از خورشید سود چندانی ندارد که این به سیاست‌های غلط دولتی بر می‌گردد. علاوه بر آن، برخی دیگر هم بر این باورند که هنوز انرژی خورشیدی وارد گود رقابت با سوخت‌های فسیلی نشده است که دلیل آن، علاوه بر کمبود تجهیزات فنی و هزینه‌های بالا به گنجایش حرارتی بالای سوخت‌های فسیلی هم برمی‌گردد. همین امر موجب می‌شود سوخت‌های فسیلی راندمان بالایی داشته باشند و هزینه کمتری را در چرخه انرژی بطلبند، اما چون میزان انرژی خورشیدی ثابت و غیرقابل‌تغییر است، برای افزایش راندمان نیازمند تجهیزات بسیار پیشرفته و صرف هزینه‌های بالا است، همچنین باید فضای بیشتری را به اشغال پنل‌ها در بیاوریم. صمت به بهانه این خبر، به اصلی‌ترین چالش‌های تامین انرژی از منبع خورشید در کشور پرداخته است.

خورشید، راوی انرژی در آینده

انرژی خورشیدی یکی از قابل‌توجه‌ترین روایت‌های انرژی جهان است. به‌نقل از هفته‌نامه بررسی تحولات بین‌المللی انرژی و تغییر اقلیم سال ۲۰۲۲ ظرفیت خورشیدی جدید بیشتری نسبت به سایر منابع انرژی برای تولید برق اضافه شد و تولید جهانی انرژی از صفحات فتوولتائیک خورشیدی، ۲۷۰ تراوات ساعت افزایش یافت که نشان‌دهنده افزایش ۲۶ درصدی نسبت به سال قبل است. در حالی که انرژی خورشیدی نوید قابل‌توجهی را برای رشد بیشتر نشان می‌دهد، چالش‌های مهمی نیز برای توسعه آن در مقیاس بالا به‌منظور دستیابی به اهداف خالص انتشار صفر وجود دارد. یکی از عوامل مهمی که باعث افزایش ظرفیت انرژی خورشیدی شده، بازده رو به رشد آن است. بازدهی صفحه‌های فتوولتائیک خورشیدی زمانی که برای نخستین‌بار در اواسط دهه ۱۹۵۰ وارد بازار شد، تنها ۶ درصد بود، اما اکنون تا ۲۴.۵ درصد رسیده است. با پیشرفت‌های اخیر در فناوری، این رقم می‌تواند در اواخر این دهه به بالای ۳۰ درصد برسد. دانشگاه MIT در سال ۲۰۱۸ گزارش داد که هزینه‌های ماژول فتوولتائیک طی 4 دهه گذشته ۹۹ درصد کاهش‌ یافته و باتوجه به رشد سریع صنعت اقتصاد مقیاس در این کاهش شدید نقش داشته است، البته برآوردهای جدیدتر، بیانگر تعدیل این کاهش هزینه در سال‌های اخیر است.

چالش جدی تامین مالی

سیدجواد موسوی، نایب رئیس هیات‌مدیره انجمن ساتکا در صحبت با صمت درباره چالش‌های توسعه انرژی خورشیدی ایران گفت: باتوجه به سازکار و سیاست‌هایی که در هیات‌دولت و به‌طورمشخص در وزارت نیرو به‌منظور تامین انرژی مطرح می‌شود، نشان‌دهنده توجه بیش از پیش دولت به تامین انرژی با منبع تجدیدپذیرها است. خوشبختانه دولت به این درایت رسیده است که برای برون‌رفت از بحران انرژی، راهی جز بهره‌برداری از انرژی‌های تجدیدپذیر وجود ندارد.

وی افزود: باتوجه به بحران چندساله تامین برق در فصل تابستان و تامین نیاز گازی کشور در فصل زمستان، همچنین دیگر چالش‌های جدی تامین سوخت کشور و اینکه امروز شاهد موفقیت بسیاری از کشورها در تامین انرژی از منبع تجدیدپذیرها هستیم، دولت مجبور به تمرکز بیشتر روی منابع تجدیدپذیر انرژی شد. حال سوال این است که زیرساخت لازم برای تامین انرژی موردنیاز از طریق نیروی خورشید در کشور وجود دارد یا خیر؟ واقعیت ماجرا وابسته به تامین نیاز فنی و فناورانه است که متاسفانه در شرایط کنونی، فقدان فناوری موردنیاز به‌شدت احساس می‌شود.

موسوی گفت: به‌همین‌دلیل برای رفع نیازهای فناورانه باید هزینه‌های زیادی صرف شود. به‌عبارت‌روشن‌تر، اگر قرار است یک نیروگاه خورشیدی متوسط‌مقیاس تاسیس شود، برای تامین پنل‌ها باید از کشورهای صاحب فناوری خریداری شود که همین امر هزینه زیادی را بر دوش دولت می‌گذارد.

نایب رئیس هیات‌مدیره انجمن ساتکا گفت: اقداماتی را هم دولت به‌منظور تامین هزینه‌ها از طریق صندوق توسعه انجام داد، اما اینکه این صندوق تا چه میزان می‌تواند به تامین هزینه‌ها بپردازد، خود موضوعی پربحث است. بی‌شک اگر این ظرفیت مالی در کشور وجود داشته باشد، فرصت بی‌نظیری برای توسعه انرژی خورشیدی و سرمایه‌گذاران پروژه نیروگاه خورشیدی خواهد بود.

به فکر انتقال به شبکه سراسری باشید

وی گفت: نکته دیگری که در زمینه فناوری باید به آن توجه کرد، شبکه موردنیاز برای اتصال این نیروگاه در کشور است. زیرساخت‌های مناسبی در بحث شبکه اتصال به نیروگاه از سال‌های قبل ایجاد شد، اما اینکه آیا پاسخ درخوری به این پروژه می‌دهد یا خیر، هنوز نمی‌توان به‌طورمشخص و قطعی صحبت کرد، اما شواهد حاکی از آن است که این زیرساخت‌ها قابل‌اعتماد نیستند و نمی‌توان روی آنها حساب باز کرد. به‌عبارت‌روشن‌تر، در کنار مسائل مربوط به احداث نیروگاه، اتصال به شبکه برق سراسری هم موضوع دیگری است که باید نسبت به آن برنامه‌ریزی دقیق و جدی‌تری داشت و از طریق احداث پست‌های فشار قوی یا ضعیف، بتوان نیاز ساختگاه‌ها و مجموعه‌ها را تامین کرد.

وی ادامه داد: بنابراین به‌موازات احداث نیروگاه، باید زیرساخت‌های پست و اتصال به شبکه فراهم شود. به‌عبارت‌دقیق‌تر، نباید یک‌جانبه به پیشرفت پروژه فکر کرد که فقط نیروگاه احداث و انرژی هم تولید شود، اما به‌دلیل معضلات در خط انتقال شبکه سراسری آن میزان بهره‌برداری موردانتظار اتفاق نیفتد. در نتیجه تا زمانی که ۲ چالش کلیدی یعنی تامین مالی و اتصال به شبکه مرتفع نشود، نمی‌توان نسبت به آینده این پروژه خوش‌بین بود.

تامین انرژی برای مردم جذاب نیست

وی گفت: اگرچه در بسیاری از کشورهای پیشرفته معمولا وام‌ها نه‌فقط به شرکت‌های سرمایه‌گذار، بلکه در سطح جامعه تقسیم می‌شود. برای مثال، در کشورهایی نظیر آلمان یا استرالیا استفاده از انرژی‌های پاک را در دستور کار دارند و تسهیلات را در اختیار همه آحاد مردم جامعه می‌گذارند. باتوجه به اینکه نرخ انرژی در این کشورها بالا است، تولید انرژی از طریق نیروگاه‌های خانگی صرفه اقتصادی زیادی دارد، اما به‌دلیل واقعی نبودن نرخ انرژی در ایران، تامین خانگی آن برای مردم جذابیت چندانی ندارد. حتی اگر هزینه احداث در قالب وام به آنها پرداخت شود، باز هم مجذوب چنین پروژه‌هایی نمی‌شوند.

چالش‌های فناوری تامین انرژی در ایران

کاملیا رامین‌افشار، پژوهشگر و فعال دانش‌بنیان در زمینه توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر در گفت‌وگو با صمت گفت: باتوجه به تابش ۳۰۰ روزه خورشید کمابیش در اغلب نقاط ایران، شرایط برای بهره‌برداری از انرژی خورشیدی در کشور فراهم است، اما مشکل اصلی، نرخ انرژی در ایران است که نسبت به دیگر نقاط جهان ارزان‌تر است. همین امر موجب شده سرمایه‌گذاری روی انرژی‌های تجدیدپذیر، به‌ویژه انرژی خورشیدی صرفه اقتصادی برای بخش خصوصی به‌ویژه دانش‌بنیان‌ها نداشته باشد. بی‌شک توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر منوط به ارزش‌گذاری به‌صرفه آنهاست. در شرایط فعلی یا باید دولت تسهیلات اقناع‌کننده‌ای برای توسعه تجهیزات انرژی‌های تجدیدپذیر و خورشیدی ارائه بدهد یا باید به‌قدری انرژی فسیلی گران شود که انرژی‌های تجدیدپذیر به صرفه اقتصادی برسند. وی افزود: بنابراین با ادامه نرخ فعلی انرژی در کشور، نمی‌توان انتظار رشد و توسعه تجدیدپذیرها را داشت، زیرا هیچ‌گاه محیط‌زیست و هدفی مبنی بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای باعث نشده است که کشورها به انرژی‌های تجدیدپذیر و خورشیدی روی بیاورند. رامین‌افشار گفت: برای تامین برق یک خانوار از انرژی خورشید، ابتدا باید بدانیم مصرف خانوار براساس چه الگویی است؛ در واقع باید بدانیم میزان مصرف برق خانوار چگونه است. این اطلاعات را می‌توان از فیش‌های برق دریافت و با مشخص شدن توان و ساعت مصرف در طول یک شبانه‌روز، تایید کرد که یک خانواده برای تامین برق مصرفی، نیازمند چه میزان انرژی با چه تعداد باتری فتوولتائیک است. ناگفته نماند که از انرژی خورشیدی تنها برای تولید برق استفاده نمی‌شود و از این انرژی برای تولید گرما هم استفاده می‌شود؛ برای مثال آبگرمکن‌های خورشیدی که برای تولید آب گرم نیز از گرمای خورشید بهره می‌گیرند. این فعال دانش‌بنیان گفت: توسعه انرژی خورشیدی در کشور، نیازمند تجهیزات فوق‌پیشرفته است و نمی‌توان گفت داشته‌های فناورانه قابل‌قبولی در حوزه تامین انرژی‌های تجدیدپذیر و انرژی خورشیدی داریم. از مشکلات کشورمان در بحث تولید انرژی‌های تجدیدپذیر، تامین مواد اولیه و آزمایشگاهی است. در کل، در دنیا سازندگان پنل‌های خورشیدی فقط چند کشور اروپایی و امریکایی و معمولا کشورهای دیگر واردکننده و مونتاژکننده هستند. نسل سوم سلول‌های خورشیدی فناوری ساده و بازدهی بالاتری دارند، اما تنها مشکل‌شان این است که پایداری آنها کمتر از نسل‌های قبلی است، به‌همین‌دلیل طرح‌شان در حد آزمایشگاه باقی مانده است.

معرفی یک دستاورد

یک محقق ایرانی موفق به ساخت سلول‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ با استفاده از مواد معدنی اسپینلی با کارآیی بالا و بهبود بازدهی آنها شد. تلاش برای حفظ انرژی یکی از اولویت‌های پژوهشگران است، سنتز و کاربرد مواد معدنی اسپینلی برای ساخت سلول‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ؛ عنوان طرح پژوهشی زهرا شریعتی‌نیا، عضو هیات‌علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر است که این پژوهشگر با حمایت بنیاد ملی علم ایران طرحش را به‌پایان رسانده است.

شریعتی‌نیا درباره این طرح توضیح داد: استفاده از سلول‌های خورشیدی، موجب کاهش تولید انرژی سوخت فسیلی، آلودگی هوا و انتشار کربن‌دی‌اکسید می‌شود.

می‌توان کل سقف خانه را با صفحات یا سلول‌های خورشیدی با لایه نازک ورقه‌ای روی تمام پنجره‌های خود پوشاند تا تمامی نیازهای برق یا حتی بخش بزرگی از آن را برآورده کرد و به‌این‌ترتیب، از سقف که فضای بدون استفاده‌ای است، بهرهبرد.

این پژوهشگر ادامه داد: ازاین‌رو هدف از این پژوهش، کاربرد این مواد اسپینلی، دستیابی به سلول‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ با کارآیی بالا و بهبود بازدهی آنهااست.

شریعتی‌نیا تاکید کرد: ساخت سلول‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ، اصلاح ساختار فوتوآند با استفاده از مواد معدنی اسپینلی، استفاده از نانوکامپوزیت‌های مواد معدنی اسپینلی در فوتوآند و افزایش بازده سلول‌های خورشیدی از جمله اهداف انجام این طرح بوده است.

سخن پایانی

ناگفته نماند که معضلات و دست‌اندازهای گفته‌شده، زمانی مطرح می‌شوند که زیرساخت‌ها خارج از بخش نیروگاهی و حل‌شده باشند. بی‌شک در بحث زیرساخت‌ها هم، معضلاتی وجود دارد که مربوط به زمین و امور اراضی یا سایر سازمان‌ها و ارگان‌هایی است که معمولا در بحث مجوز باید تاییدیه بدهند، بنابراین این چالش‌ها هم تاثیر جدی در سرعت انجام پروژه دارند. طبق آن زمان‌بندی که در اخبار اعلام شده، اگر ظرف ۸ ماه تا یک سال نیروگاه‌ها احداث شوند، زمانی عملیاتی می‌شوند که تمام پیش‌فرض‌های گفته‌شده، حل و معضلات موجود رفع شده باشد. همچنین، نیاز مالی از سوی صندوق توسعه فورا برطرف شود و همه ظرفیت‌ها و ارگان‌ها آماده به کار باشند که متاسفانه به‌واقع چنین شرایطی وجود ندارد.