تازه ترین پیشرفت‌‌های انرژی‌ خورشیدی در ‌ 3 پرده

از این رو نگرانی برای از دست دادن این منبع انرژی بی‌مورد است. در تنها ستاره منظومه شمسی، هر ثانیه 4/2 میلیون تن جرم به انرژی تبدیل می‌شود. کره زمین نیز بیش از 70 درصد نوری را که از خورشید به زمین می‌تابد ‌جذب می‌کند و 30 درصد آن بازتاب می‌شود. استفاده از انرژی خورشیدی بخصوص در مناطقی که روزهای آفتابی بیشتری را در طول سال تجربه می‌کنند از به‌صرفه‌ترین راه‌های استفاده از این انرژی بی‌پایان است. ایران به عنوان کشوری که حدود 300 روز آفتابی در سال دارد پتانسیل خوبی برای استفاده از انرژی پاک و ارزانقیمت خورشیدی دارد. فناوری استفاده از این انرژی روز به روز گسترش پیدا می‌کند و سلول‌های خورشیدی یکی از رایج‌ترین فناوری‌ها برای استفاده از انرژی خورشید هستند. در این میان تلفیق دانش، فناوری و هنر دست به دست هم داده‌اند و به طراحی و ساخت دستگاه‌های بسیاری منجر شده که با کمک انرژی خورشیدی در خدمت بشر قرار گرفته‌اند.

پرده اول: سفر شمال به جنوب خودروی خورشیدی غزال ایرانی 3

جدیدترین نمونه خودروی خورشیدی دانشگاه تهران غزال ایرانی 3 است که پاییز‌ ‌94 رونمایی شد. این خودروی چهار چرخ و دو سرنشین نسل سوم خودروهای خورشیدی داخلی است. غزال ایرانی 3 سال گذشته در مسابقات بین‌المللی خودروهای خورشیدی در رقابت با 50 خودروی خورشیدی از سراسر جهان مسافت 3000 کیلومتری بین شهرهای داروین تا آدلاید، از شمال تا جنوب استرالیا را پیمود و در کلاس سوم خودروهای چهار چرخ دو سرنشین که جدیدترین طراحی را نسبت به دیگر خودروها دارند، رتبه هفتم مسابقات را کسب کرد.

این خودرو بدنه‌ای با طراحی پیشرفته آیرودینامیکی و وزن 150 کیلوگرم دارد و سرعت آن 120 کیلومتر در ساعت است که قابلیت افزایش تا 150 کیلومتر در ساعت را نیز دارد. مزیت‌های این خودرو نسبت به نمونه‌های قبلی افزایش بازدهی سلول‌های خورشیدی، استفاده از موتور برقی جریان مستقیم و طراحی‌های پیشرفته بخش‌های بدنه، شاسی، تعلیق، فرمان و سیستم‌های برقی است.

موفقیت در به انجام رساندن تور خزر تا خلیج فارس

خودروی خورشیدی غزال ایرانی 3 از 26 تیر امسال برنامه سفر از بندر انزلی تا جزیره کیش را برای معرفی این طرح دانشگاهی آغاز کرد. دکتر کارن ابری‌نیا، استاد دانشکده مکانیک دانشگاه تهران و مدیر پروژه خودروی خورشیدی غزال، سفر هشت روزه خودروی غزال ایرانی 3 از دریای خزر تا خلیج فارس را موفقیت‌آمیز عنوان می‌کند و به جام‌جم می‌گوید: «مبدا آغاز این سفر 26 تیر امسال از بندر انزلی بود و در ادامه از شهرهای رشت و قزوین گذشت. در تهران مراسمی در پارک پردیسان برگزار شد و روز بعد کاروان به خیابان ولی عصر تهران رفت و در مرکز خیریه کهریزک هم برنامه‌ای برای معلولان و سالمندان برگزار شد. بعد از تهران، غزال 3 از شهرهای قم، کاشان و اصفهان عبور کرد و به یزد رسید. در میدان امیرچخماق یزد نیز برنامه‌ای برای مردم برگزار شد. ابری‌نیا معتقد است برگزاری این برنامه‌ها زمینه تعامل با مردم را برقرار می‌کند و همراهان کاروان برای مردم از خودروی خورشیدی و نقش آن در محیط زیست می‌گویند. وی ادامه می‌دهد: پس از یزد کاروان به سمت شیراز و بندر عباس حرکت کرد و در نهایت با لنج به جزیره کیش به عنوان مقصد نهایی رسید. کاروان 40 نفره طراحان و سازندگان خودروی غزال 3 با حمایت مالی بانک پاسارگاد و شرکت آفتاب، مسیر فاصله بین دریای خزر تا خلیج فارس را پیمودند و مراسم اختتامیه این سفر در پردیس کیش دانشگاه تهران برگزار شد.»

غزال 3 و تعامل مردم و دانشگاه

ابری‌نیا هدف از انتخاب این مسیر برای برگزاری تور غزال 3 را برقراری پیوند دانشگاه‌ها با اجتماع مردم عنوان می‌کند و می‌افزاید: «ما نیاز داریم جامعه و دانشگاه تعامل برقرار کنند و جامعه احساس کند فعالیت‌های دانشگاهیان در جهت رفع نیازهای جامعه است. ما در دانشگاه تهران این پروژه را برای محیط زیست و کاهش آلایندگی خودروها انجام می‌دهیم و محصول ما هم در سطح جهانی است و در مسابقات بین‌المللی شرکت می‌کند و مقام می‌آورد. تا به حال سه نسل از این خودرو را ساخته‌ایم و نسل چهارم هم تا سال آینده ساخته خواهد شد. هدف دیگر تست مصرف انرژی و بازدهی بخش‌های مختلف غزال 3 در طول پیمایش این مسیر بود. ما باید بدانیم خودرویی که قرار است تجاری‌سازی شود در یک مسیر طولانی چطور عمل می‌کند. داده‌های مختلفی را که در این سفر دریافت کرده‌ایم ‌ تحلیل کرده و برای پروژه‌های بعدی از نتایج آنها استفاده می‌کنیم. یکی دیگر از اهداف این سفر نیز تمرین کار گروهی تیم دانشجویی و کنار آمدن با چالش‌های این سفر بود. در این پروژه کنار هم قرار گرفتن تخصص‌های مختلف مثل مهندسی برق، مکانیک، صنایع، طراحی صنعتی، هنر و مواد اهمیت بسیاری دارد و موجب هم‌افزایی تخصص‌ها می‌شود. چنین برنامه‌هایی باعث می‌شود این مهارت‌ها در افراد افزایش یابد و بعد از فارغ‌التحصیلی هم این توانایی و مهارت‌ها را به کار گیرند.»

استاد دانشکده مکانیک دانشگاه تهران درباره چالش‌های مسیر پیموده شده می‌افزاید: «زمان‌بندی و مسیرها از پیش مشخص شده بود و خودرو و گروه همراه برای مواجهه با چالش‌ها آمادگی لازم را داشتند. زمان‌هایی بود که خودرو دچار مشکلاتی می‌شد و بچه‌ها تا صبح بیدار می‌ماندند و خودرو را تعمیر می‌کردند تا صبح به مسیر ادامه دهند.»

در اندیشه تولید غزال 4

مدیر پروژه خودروی خورشیدی غزال، برنامه بعدی این پروژه را ساخت خودروی غزال 4 عنوان کرد و یکی از تفاوت‌های این خودرو با نسل قبلی را چهار سرنشینه بودن و از نظر بدنه و شاسی نزدیک به خودروهای امروزی عنوان کرد. قرار است خودروی جدید در مسابقات بین‌المللی 2017 استرالیا نیز شرکت کند.

پرده دوم: ساخت سلول‌های خورشیدی کم‌هزینه

محققان ایرانی در یک پژوهش آزمایشگاهی با استفاده از ترکیبات نیمه‌هادی سه‌تایی، سلول‌های خورشیدی کم‌هزینه تولید کرده‌اند. ترکیبات نیمه‌هادی ترکیباتی با مقاومت الکتریکی بیشتر از مواد هادی و کمتر از مواد عایق هستند. این ترکیبات در شرایط خاصی می‌توانند به هادی جریان الکتریسیته تبدیل شوند. کاربرد این مواد در ساخت دیود، تولید اشعه لیزر و سلول‌های خورشیدی است و روش‌های بهینه تولید این ترکیبات به بهینه‌سازی عملکرد تجهیزات تولید شده نیز کمک می‌کند. باتری‌های خورشیدی نیز معمولا از مواد نیمه‌رسانا مثل سیلیسیوم تشکیل شده‌اند.

گاف انرژی مطلوب

سلول‌های خورشیدی بدون ایجاد کوچک‌ترین آلودگی می‌توانند انرژی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند، اما قیمت تمام شده سلول‌های خورشیدی باعث عدم پایداری آنها می‌شود. بهره‌گیری از نیمه‌هادی‌های جدید، هزینه تولید سلول‌ها را کاهش و پایداری آنها را افزایش می‌دهد. مواد نیمه‌رسانا در حضور نور خورشید و با جذب آن جفت الکترون، حفره تولید می‌کنند. این مواد دو نوار انرژی با نام ترازهای ظرفیت و هدایت دارند و اختلاف انرژی این دو تراز «گاف» نامیده می‌شود. هرچه گاف انرژی کمتر باشد، یعنی ماده با گرفتن فوتون‌های کم‌انرژی‌تر می‌تواند جفت الکترون حفره تولید کند. در این آزمایش، پژوهشگران با ارزیابی گاف انرژی مطلوب، نانوذرات بر پایه مس سلول‌های خورشیدی ارزان‌تر تولید کرده‌اند.

به دنبال راه‌حل

دکتر امیرحسین چشمه‌خاور، محقق حوزه نانو دانشگاه تربیت مدرس، درباره سلول‌های خورشیدی ارزانقیمت تولیدشده به جام‌جم می‌گوید: «در حال حاضر سلول‌های سیلیسیومی که برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی استفاده می‌شود آینده مطمئنی ندارند و از سال 90 محققان به فکر جایگزینی این سلو‌ل‌ها افتادند. گروهی از سلول‌های نسل جدید، سلول‌های مبتنی بر خانواده CIGS هستند.

این سلول‌ها دو مشکل مهم دارند؛ هم هزینه بالایی دارند و هم نحوه تولید آنها به خاطر استفاده از سلنیم ایمن نیست. هدف ما جایگزین کردن روش‌هایی برای تولید ایمن و ارزان سلول‌های خورشیدی است. استفاده از ترکیبات جدید و روش‌های جایگزین هنوز در مرحله آزمایشگاهی است و وارد شدن این مواد به بخش صنعت مراحلی دارد که مدتی طول می‌کشد تا به مرحله استفاده برسد.»

پرده سوم: دور دنیا در 502 روز

هواپیمای خورشیدی سولار ایمپالس 2 (Solar Impulse 2) در آخرین مرحله پرواز از شهر قاهره در مصر به سمت ابوظبی در امارات عربی متحده پرواز کرد تا پیام‌آور انرژی پاک برای ساکنان زمین باشد. این هواپیما در 17 مرحله به نقطه آغاز سفر به دور زمین بازگشت تا رکورد پرواز با استفاده از انرژی خورشیدی را ثبت کند. این پرواز 48 ساعت طول کشید و برتراند پیکارد که خلبان این پرواز بود در طول مدت پرواز در ارتفاع بالا پرواز کرد تا از تاثیر گرما و شرایط جوی شمال آفریقا و منطقه خاورمیانه بکاهد.

در این شرایط مدیریت ذخیره انرژی هواپیما اهمیت بسیاری دارد و باتری‌های لیتیوم یونی هواپیما که برای ذخیره انرژی خورشیدی در شب تعبیه شده‌اند باید انرژی بیشتری ذخیره کنند. با این حال، پیکارد پیش از پرواز درباره شرایط جوی در طول پرواز گفت: «احتمالا ما پرواز بی‌دردسری خواهیم داشت. زیرا آب و هوای مصر تا امارات متحده عربی معمولا پایدار است و می‌توان همه چیز را پیش‌بینی کرد.»

داستان یک ماجراجویی علمی

این هواپیما مسافت حدود 40 هزار کیلومتر را در 502 روز و 505 ساعت پرواز فقط با استفاده از انرژی خورشیدی پیمود و نقاط عطف این پرواز، پیمودن طول اقیانوس آرام و اقیانوس اطلس بدون توقف بود. خلبان سولار ایمپالس 2 هنگام عبور از اقیانوس‌ها با خطر بیشتری روبه‌رو بود و اگر مشکلی پیش می‌آمد امکان فرود اضطراری در اقیانوس وجود نداشت.

طولانی‌ترین مسیر بدون توقف این هواپیما نیز پرواز بر فراز اقیانوس اطلس در مدت چهار روز و 21 ساعت بود که به خاطر کنترل هواپیما، خلبان فقط چند ساعت در طول این پرواز استراحت‌های کوتاه کرد.

امید به دنیای مبتنی بر انرژی خورشیدی

گرچه هواپیماهای خورشیدی هنوز به مرحله استفاده تجاری و مسافربری نرسیده‌اند و نمی‌توان انتظار داشت شرکت‌های هواپیمایی از این هواپیماها استفاده کنند، اما برتراند پیکارد و آندره بوشبرگ دو طراح و خلبان این هواپیما باور دارند که این حرکت نمادین اهمیت استفاده از سوخت پاک و انرژی خورشیدی را به جهان نشان می‌دهد و در ده سال آینده جهان شاهد پرواز هواپیماهای الکتریکی در آسمان خواهد بود. ایده این پرواز نمادین از 17 سال پیش و هنگامی که پیکارد با بالن دور کره زمین را بدون توقف پیمود به ذهنش خطور کرده بود.

سپیده شعرباف‌