استفاده ‌ارزان ‌از‌ انرژی ‌خورشیدی‌

 این فناوری نوین در حالی ابداع شده است که بالا بودن هزینه تولید صفحات خورشیدی یکی از مهم‌ترین عوامل عدم توسعه جدی این روش تولید انرژی بوده است. گفتگوی اختصاصی سیب را با دکتر کیکان کائو، استادیار دپارتمان مهندسی برق دانشگاه ساوت داکوتای جنوبی آمریکا و محقق اصلی این پروژه می‌خوانید.

به نظر می‌رسد در سراسر دنیا توجه جدی و با شتابی به مقوله استفاده از انرژی خورشیدی و ابداع فناوری‌های جدید برای مقرون به صرفه کردن استفاده از آن معطوف شده است.

چرا نباید این طور باشد؟ تصور کنید که تا کمتر از 100 سال دیگر نفت بسیاری از کشورهای نفت‌خیز جهان پایان می‌یابد و آن زمان است که اگر تمهیدات لازم اتخاذ نشده باشد، باید شاهد هرج و مرج و به‌هم ریختگی‌های گسترده‌ای در جوامع مختلف باشیم. خورشید انرژی پاک و از همه مهم‌تر بدون محدودیتی را در اختیار ما می‌گذارد. با این حال نقص و ناتوانی دانش بشری موجب شده تا به امروز امکان استفاده همه‌جانبه از آن فراهم نشود.
معمولا برای ساخت صفحات خورشیدی (بسته به نوع و کیفیتی که دارند) صدها و هزاران دلار هزینه می‌شود. پس به این نتیجه رسیدیم که باید کاری کنیم تا این هزینه بسیار کمتر شود. قبول کنید شتاب در استفاده از انرژی خورشیدی حتی باید بیشتر و بیشتر شود.

محصولی که شما ارائه کرده‌اید، دارای چه ویژگی‌هایی است؟

من و تیم همراهم پس از حدود 3 سال تحقیقات گسترده و با توجه به بررسی نواقص و نارسایی‌های موجود در صفحات خورشیدی فعلی، سلول‌های خورشیدی جدیدی به نام OPV طراحی کردیم که مهم‌ترین مشخصه آنها قیمت پایینشان است و از این رو امیدوار هستیم استفاده از این منبع پاک انرژی در سراسر دنیا همه‌گیرتر شود. چالش اصلی که هم اکنون دانش نوپای بشری در خصوص فناوری‌های خورشیدی با آن روبه‌روست، هزینه‌های بسیار بالای بهره‌برداری موثر از آن است.

این سلول‌های خورشیدی از نوع ارگانیکی هستند. چرا به استفاده از مواد ارگانیکی روی آوردید و مزیت عمده آن نسبت به مواد غیرارگانیکی نظیر سیلیکون چیست؟

استفاده از سیلیکون به عنوان ماده‌ای که هم اکنون در صفحات خورشیدی مورد استفاده قرار می‌گیرد، موجب شده تا این فناوری (صفحات) توسعه چندانی پیدا نکند؛ چون این ماده گران‌قیمت است. استفاده از مواد ارگانیکی  نظیر پلیمرها که توانایی بالایی در جذب و ذخیره‌سازی فوتون‌های نوری دارند، بهترین راه حل برای کنار گذاشتن سیلیکون گران قیمت به حساب می‌آید. با استفاده از نیمه‌هادی‌های ارگانیکی، می‌توان طیف گسترده‌ای از فناوری‌های ارزان‌قیمت نظیر LED‌ها را نیز ارائه کرد. باور من و تیم تحقیقاتی که با آن کار می‌کنم این است که باید استفاده از سیلیکون را کنار بگذاریم و به دنبال استفاده از مواد ارزان‌قیمت و در عین حال با بازده کاری بالا برای استفاده از انرژی خورشیدی باشیم.

شما در جایی گفته‌اید در حال حاضر تنها نیمی از انرژی پرتوهای خورشیدی که راهی زمین می‌شود را می‌توانیم ببینیم. شما برای تمام پرتوهای خورشیدی و جذب آنها چه برنامه‌ای داشته‌اید؟

دقیقا همین طور است. ببینید نور قابل روِیت خورشید شامل نیمی از کل انرژی خورشیدی است. پس براحتی می‌توان تشخیص داد که خورشید همان قدر که انرژی قابل روِیت در اختیار ما می‌گذارد، همان میزان نیز انرژی خورشیدی غیرقابل روِیت راهی زمین می‌کند. پس منطقی است که فکری نیز برای استفاده از آن میزان دوم داشته باشیم. پلیمرهایی که با استفاده از دیدگاه ارگانیکی تولید می‌کنیم، همان ماده طلایی هستند که می‌توانند طیف کلی نور خورشید را جذب کنند و این به معنای بهره‌برداری بی‌سابقه از انرژی خورشیدی است. حال تصور کنید که در صورت تحقق عملی این ایده، تا چه میزان بر قدرت شبکه‌های برق شهرهای سراسر جهان افزوده خواهد شد.

کمی درباره ساختار این صفحات جدید صحبت کنید.

ساختار صفحات خورشیدی که در دانشگاه ساوت داکوتای جنوبی تولید کرده‌ایم، چندان پیچیده نیست. همان‌طور که در قسمت پیش گفتم، استفاده از تمام طیف انرژی خورشیدی برای ما حائز اهمیت است. به همین دلیل پس از بررسی‌های گوناگون نتیجه گرفتیم استفاده از پلیمرهایی که توانایی جذب تمام انرژی خورشیدی را داشته باشند، بهترین گزینه است. در این صفحات از لایه‌های چندگانه پلیمری و فیلم‌های فوق‌العاده باریک فولرین استفاده شده است. این ساختار نه چندان پیچیده به گونه‌ای تنظیم شده است که می‌تواند طیف کلی انرژی خورشیدی را جذب و ذخیره‌سازی کند. لایه‌های قرار گرفته در این صفحه از مزیت مهمی همچون دریافت انرژی خورشیدی از ماوراء بنفش خورشید گرفته تا مادون قرمز برخوردار است. بنابراین با در نظر گرفتن نسبت ساده ریاضی می‌توان نتیجه گرفت که با دریافت انرژی خورشیدی بیشتر، هزینه کلی و تمام شده برای تولید آن بسیار مقرون به‌صرفه‌تر از گذشته خواهد بود.

منابع مالی شما در این پروژه چگونه تامین شده است؟

با توجه به اهمیت موضوع بحران انرژی در دنیا، حمایت‌های خوبی داشته‌ایم از جمله دانشگاه ساوت داکوتای جنوبی. البته برخی شرکت‌های خصوصی و متخصص در زمینه تولید تجاری نسل جدید صفحات خورشیدی نیز برای استفاده از این فناوری نوین اعلام آمادگی کرده‌اند.  با این حال ما همچنان باید روی این پروژه کار کنیم تا بهره‌وری آن را به بالاترین حد ممکن برسانیم.

وضعیت کلی تحقیقات جهانی درخصوص مقوله استفاده موثر از انرژی خورشیدی را چگونه ارزیابی می‌کنید؟

در سراسر دنیا گروه‌های مختلفی به ابداع تکنیک‌های نوین دریافت انرژی خورشیدی آن هم با بالاترین بازده ممکن روی آورده‌اند، اما متأسفانه بسیاری از آنها هنوز در حد ایده‌های آزمایشگاهی و حتی نظراتی روی کاغذ مانده‌اند.  موضوع مهم صرف هزینه‌های اجتناب‌ناپذیر برای دستیابی به یافته‌‌های مهم و تاثیرگذار است. هم اکنون در کشوری نظیر چین و کشورهای مشابه، تحقیقات گسترده‌ای در این زمینه آغاز شده است، اما بسیاری از آنها در انتظار جلب حمایت سرمایه‌گذار برای توسعه ایده‌های مبتکرانه خود هستند.

آینده توسعه فناوری استفاده از انرژی خورشیدی را چگونه ارزیابی می‌کنید؟

ضرورت اجتناب‌ناپذیر بر این است که تحقیق و بررسی روی انرژی پاک و بی‌پایان خورشیدی را بر استفاده بی‌رویه از منابع رو به پایان و مخرب زیست‌محیطی فسیلی ترجیح دهیم. نباید تا 100 سال دیگر انتظار داشت چاه‌های نفت همچنان بخروشند. موضوع نگران‌کننده، تاثیر منفی و مخرب کمبود انرژی در کشورهای در حال توسعه و فقیر جهان است. به نظر من انرژی خورشیدی می‌تواند بخش اعظمی از نگرانی بشر درخصوص آینده و کمبودهای آن را جبران کند.