جایگزینی بهینه سوخت‌های زیرزمینی با انرژی خورشیدی
سید مصطفی مصطفوی کاشانی*
مقدمه:
انرژی خورشیدی عظیم‌ترین منبع انرژی در جهان است. این انرژی پاک، ارزان و بی پایان بوده و در بیشتر مناطق کره زمین قابل استحصال می‌باشد.

محدودیت منابع فسیلی و پیامدهای حاصل از تغییرات زیست محیطی و آب و هوای جهانی، فرصت‌های مناسبی را برای رقابت انرژی خورشیدی با انرژی‌های فسیلی خصوصا در کشورهایی با پتانسیل بالای تابش، ایجاد کرده است. سامانه‌های انرژی خورشیدی، فناوری‌های جدیدی هستند که برای تامین گرما، آب گرم، الکتریسیته و حتی سرمایش منازل مسکونی، مراکز تجاری و صنعتی به‌کار می‌روند.
فناوری‌های حرارتی خورشیدی به دو بخش نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی و کاربردهای غیرنیروگاهی سامانه‌های خورشیدی تقسیم‌بندی می‌شوند. نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی، از تابش مستقیم خورشید (DNI-Direct Normal Irradiance) استفاده می‌کنند. این بخش از تابش خورشید توسط ابرها، دود یا گرد و غبار منحرف نمی‌شود. بنابراین، نیروگاه‌های حرارتی- خورشیدی باید در مناطقی که از تابش مناسب خورشید برخوردار هستند ساخته شوند. سایت‌های مناسب برای ساخت نیروگاه‌های خورشیدی باید از حداقل تابش سالانه خورشیدی معادل2000 کیلووات ساعت بر هر متر مربع برخوردار باشند. مناطق مناسب‌تر جهت احداث این نوع نیروگاه‌ها از تابشی بیش از 2800 کیلووات ساعت بر هر متر مربع به طور سالانه برخوردار هستند. به طور معمول نقاطی برای این سایت‌ها مناسب هستند که آب و هوا و گیاهان منطقه رطوبت و گرد و غبار زیادی را در اتمسفر ایجاد نکنند؛ مانند استپ‌ها، بوته زار، صحراهای نیمه خشک و صحراها که به طور معمول در عرض جغرافیایی شمال یا جنوب کمتر از 40 درجه قرار دارند. از جمله مناطق مستعد می‌توان به جنوب غربی ایالات متحده آمریکا، کشورهای مدیترانه ای اروپا، خاورمیانه و خاور نزدیک، ایران و صحراهای هند، پاکستان، چین و استرالیا اشاره نمود. شکل 1 نقشه توزیع تابش خورشیدی در نقاط مختلف کره زمین را نشان می‌دهد.

شکل 1: نقشه توزیع شدت تابش انرژی خورشیدی در جهان
کشور ایران در بین مدارهای ۲۵ تا ۴۰ درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقه‌ای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان در بالاترین رده‌ها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین ۱۸۰۰ تا ۲۲۰۰ کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده است که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالانه بیش از ۲۸۰ روزآفتابی گزارش شده که بسیار قابل توجه است. همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است، نواحی میانی و جنوبی ایران، به ترتیب برابر ۴ تا ۵ و ۵ تا ۶ کیلووات ساعت در روز به طور میانگین، انرژی خورشیدی جذب می‌کنند.
شکل 2: توزیع شدت انرژی خورشیدی در ایران
در بسیاری از مناطق جهان می‌توان با استفاده از فناوری‌های حرارتی- خورشیدی در مساحت یک کیلومتر مربع از زمین، ۱۰۰ الی ۳۰۰ گیگاوات ساعت الکتریسیته خورشیدی در سال تولید نمود. این مقدار معادل تولید سالانه نیروگاه‌های متداول فسیلی، زغال سنگ یا گازی با ظرفیت ۵۰ مگاوات در بار متوسط است.
امروزه از انرژی‌های خورشیدی در موارد بسیاری چون تامین برق برای مناطق دورافتاده و مناطق دور از شبکه انتقال برق، تامین برق علائم راهنمایی و رانندگی، مصارف خانگی و ساختمان‌های مسکونی، صنعتی و کشاورزی و مصارف صنعتی مانند ماهواره‌ها، دکل‌های مخابراتی استفاده می‌شود. همچنین آب گرم مصرفی ساختمان‌ها، گرمایش محیط داخلی، سرمایش محیط با استفاده از چیلرهای جذبی و ... از دیگر موارد کاربرد انرژی خورشیدی به حساب می‌آیند.
مزیت نسبی استفاده از انرژی خورشیدی
در منازل ایرانی بطور متوسط ماهانه حدود 300 کیلووات ساعت انرژی برق و حدود 500 متر مکعب گاز طبیعی مصرف می‌شود که معادل 4300 مگاکالری یا 5000 کیلووات ساعت انرژی خواهد بود. با توجه به قیمت انرژی می‌توان گفت هر خانواده در ماه حدودا 30 هزار تومان هزینه برق و 50 هزار تومان هزینه گاز پرداخت می‌نماید.
گرمایش آب و فضا مجموعا بیش از ۸۰ درصد انرژی را در ساختمان‌ها مصرف می‌کند. از این میان گرمایش آب به طور متوسط ۲۰ تا ۳۰ درصد کل انرژی مصرفی
در خانه را مصرف می‌کند. با توجه به اینکه با استفاده از آبگرمکن خورشیدی می‌توان سالانه 70 درصد انرژی مورد نیاز برای گرمایش آب مصرفی را تامین کرد، روشن است که استفاده از آبگرمکن خورشیدی موجب کاهش حدود 15درصد الی 20 درصد گاز مصرفی خواهد بود.


*دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک - دانشگاه صنعتی شریف