انرژی خورشیدی: فناوری‌ها، وضعیت کنونی و چشم‌انداز آینده

۱. مقدمه‌ای بر انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی به فرایند جمع‌آوری و تبدیل تابش خورشید به شکل‌های قابل استفاده‌ای از انرژی، مانند برق، گرما یا سوخت‌های شیمیایی گفته می‌شود. در واقع، خورشید منبع اصلی تقریباً تمام انرژی‌های روی زمین است: سامانه‌های اقلیمی، رشد گیاهان و حتی سوخت‌های فسیلی، همگی در اصل شکل‌های ذخیره‌شده‌ی انرژی خورشید در گذر زمان هستند.

در بالای جو زمین، خورشید در حدود ۱۷۳٬۰۰۰ تراوات توان تابشی فراهم می‌کند که چند هزار برابر مصرف فعلی انرژی بشر است. فقط بخشی از این تابش به سطح زمین می‌رسد و بخش کوچک‌تری از آن از نظر فنی و اقتصادی قابل بهره‌برداری است، اما در مقیاس انسانی، این منبع عملاً پایان‌ناپذیر به شمار می‌آید.

انرژی خورشیدی چند ویژگی کلیدی دارد:

دسترس‌پذیری بالا اما چگالی توان متوسط: شدت تابش خورشید در یک روز آفتابی حوالی ظهر، حدود ۱۰۰۰ وات بر مترمربع است، اما اگر اثر شب و روز، فصل‌ها و ابرها را در نظر بگیریم، چگالی توان میانگین به‌مراتب کمتر می‌شود.
متغیر بودن: توان تولیدی خورشیدی به‌صورت پیش‌بینی‌پذیر با چرخه‌ی شب و روز و تغییر فصل، و به‌صورت غیرقابل پیش‌بینی با شرایط آب‌وهوایی (ابر، گرد و غبار) تغییر می‌کند. این موضوع نیازمند انعطاف‌پذیری در سایر بخش‌های سیستم انرژی است.
قابلیت تمرکززدایی: سامانه‌های خورشیدی می‌توانند روی پشت‌بام خانه‌ها، در میکروگریدهای روستایی یا در نیروگاه‌های خورشیدی در مقیاس چند گیگاواتی نصب شوند؛ همین انعطاف بالا، این فناوری را منحصر‌به‌فرد کرده است.

طی دو دهه‌ی اخیر، کاهش شدید هزینه‌ها، سیاست‌های حمایتی و نگرانی رو‌به‌افزایش درباره‌ی تغییرات اقلیمی، انرژی خورشیدی را از یک گزینه‌ی حاشیه‌ای به یکی از ستون‌های اصلی گذار جهانی به انرژی پاک تبدیل کرده است.

۲. کاربردهای انرژی خورشیدی

از آنجا که نور خورشید هم می‌تواند به گرما و هم به برق (و حتی سوخت‌های شیمیایی) تبدیل شود، انرژی خورشیدی در بخش‌های مختلف اقتصاد و زندگی روزمره کاربرد دارد.

۲٫۱ تولید برق

شناخته‌شده‌ترین کاربرد انرژی خورشیدی، تولید برق شبکه‌ای از طریق سامانه‌های فتوولتائیک (PV) است. امروزه سامانه‌های PV در مقیاس چند کیلووات روی پشت‌بام منازل تا نیروگاه‌های چند گیگاواتی روی زمین نصب می‌شوند. مهم‌ترین کاربردها عبارت‌اند از:

سامانه‌های پشت‌بامی مسکونی و تجاری
طرح‌های خورشیدی اشتراکی برای چندین مصرف‌کننده
نیروگاه‌های خورشیدی بزرگِ زمین‌محور با ردیاب‌های تک‌محوره یا دو‌محوره
نیروگاه‌های خورشیدی شناور روی مخازن آب و دریاچه‌ها
سامانه‌های مستقل از شبکه برای برق‌رسانی روستایی، سایت‌های مخابراتی و مناطق دورافتاده

۲٫۲ گرمایش و سرمایش

سامانه‌های حرارتی خورشیدی به‌جای تولید برق، تابش خورشید را به گرما تبدیل می‌کنند و در موارد زیر کاربرد دارند:

آب‌گرم خورشیدی برای منازل، هتل‌ها، بیمارستان‌ها و استخرها با استفاده از کلکتورهای تخت یا لوله خلأ.
گرمایش فضا با سامانه‌های آبی یا هوایی که هوای تازه یا آب را پیش‌گرم می‌کنند.
گرمایش فرایندی در صنعت برای دماهای پایین تا متوسط (مثلاً در صنایع غذایی و نساجی).
سرمایش خورشیدی که در آن گرمای خورشیدی، چیلرهای جذبی یا جذبی-تبخیری را راه‌اندازی می‌کند.

۲٫۳ حمل‌ونقل و جابه‌جایی

انرژی خورشیدی بیشتر به‌صورت غیرمستقیم در حمل‌ونقل نقش دارد:

تأمین برق مورد نیاز برای شارژ خودروهای برقی از طریق نیروگاه‌های خورشیدی
تولید هیدروژن سبز و سوخت‌های سنتتیک (e-fuels) برای هواپیما، کشتی و حمل‌ونقل سنگین
کاربردهای خاص مانند قایق‌های خورشیدی، پهپادها و هواپیماهای آزمایشی خورشیدی

۲٫۴ کشاورزی و آب

در کشاورزی و مدیریت منابع آب، انرژی خورشیدی برای موارد زیر استفاده می‌شود:

پمپ‌های آبیاری خورشیدی و سامانه‌های تأمین آب آشامیدنی روستایی
نمک‌زدایی و تصفیه‌ی آب با استفاده از برق PV یا سامانه‌های حرارتی خورشیدی
خشک‌کردن محصولات کشاورزی، میوه و ماهی با خشک‌کن‌های خورشیدی
کنترل دما و تهویه در گلخانه‌ها و واحدهای دامداری

۳. روش‌های بهره‌برداری از انرژی خورشید

بیشتر فناوری‌های خورشیدی عملیاتی در سه دسته‌ی اصلی قرار می‌گیرند: فتوولتائیک (PV)، سامانه‌های حرارتی خورشیدی و مسیرهای «خورشید به شیمی» که سوخت‌هایی مانند هیدروژن تولید می‌کنند.

۳٫۱ فتوولتائیک (PV)

ادوات فتوولتائیک، نور را مستقیماً به برق تبدیل می‌کنند. زمانی که فوتون‌های نور با انرژی کافی به نیمه‌هادی برخورد می‌کنند، الکترون‌ها را به ترازهای انرژی بالاتر می‌برند و زوج‌های الکترون–حفره تولید می‌شود. این حامل‌های بار در یک مدار خارجی جریان ایجاد می‌کنند و کار مفید انجام می‌دهند.

فناوری‌های مدرن PV شامل موارد زیر است:

سیلیکون کریستالی (c-Si): فناوری غالب بازار که بیش از ۹۰٪ تولید ماژول‌های امروز را به خود اختصاص داده است. راندمان ماژول‌های معمولی در حدود ۲۰ تا ۲۳٪ است و طرح‌های پیشرفته مانند PERC، TOPCon و سلول‌های هتروجانکشن، سیلیکون را به مرزهای راندمان تک‌پیوندی نزدیک کرده‌اند.
لایه نازک: فناوری‌هایی مانند CdTe و CIGS از لایه‌های جاذب بسیار نازک روی شیشه یا بسترهای انعطاف‌پذیر استفاده می‌کنند. این فناوری‌ها گزینه‌های سبک و قابل‌ادغام در ساختمان فراهم می‌کنند، هرچند سهم بازارشان کوچک‌تر است.
پرووسکایت و سلول‌های تاندوم: پرووسکایت‌های هالید فلزی به دلیل باندگپ قابل تنظیم و راندمان‌های بالا، یکی از داغ‌ترین موضوعات پژوهشی شده‌اند. سلول‌های تاندوم پرووسکایت–سیلیکون بخش وسیع‌تری از طیف خورشید را جذب می‌کنند و راندمان‌های پژوهشی گواهی‌شده در محدوده‌ی میانی ۳۰٪ به دست آورده‌اند. در سطح ماژول نیز پنل‌های تاندوم تجاری با راندمان حدود ۲۵٪ معرفی شده‌اند.
فتوولتائیک آلی، رنگدانه‌ای و BIPV: این دسته از فناوری‌ها انعطاف، رنگ و شفافیت را در اولویت قرار می‌دهند و امکان یکپارچه‌سازی سلول‌های خورشیدی با پنجره‌ها، پوسته‌ی ساختمان و مصالح سقف را فراهم می‌کنند.

یک سامانه‌ی PV علاوه بر ماژول‌ها، شامل اینورترها، سازه‌های نصب (گاهی با ردیاب خورشیدی)، کابل‌کشی، تجهیزات حفاظتی و اغلب سامانه‌های پایش و ذخیره‌سازی است. هزینه‌ی سامانه‌های کامل در سال‌های اخیر به‌شدت کاهش یافته و در بسیاری مناطق، برق خورشیدی را به یکی از ارزان‌ترین گزینه‌ها برای احداث ظرفیت جدید تبدیل کرده است.

۳٫۲ سامانه‌های حرارتی خورشیدی

سامانه‌های حرارتی خورشیدی، تابش خورشید را به گرما تبدیل می‌کنند که می‌تواند مستقیماً استفاده شود یا برای تولید برق به کار رود.

کلکتورهای دمای پایین و متوسط: کلکتورهای صفحه تخت و لوله خلأ می‌توانند آب یا هوا را تا حدود ۸۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد گرم کنند و در ساختمان‌ها و برخی فرایندهای صنعتی کاربرد دارند.
نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی متمرکز (CSP): آینه‌هایی مانند تروغ‌های سهموی، میدان‌های هلیوستات تغذیه‌کننده‌ی برج‌های مرکزی و سامانه‌های فرنل خطی، نور خورشید را متمرکز کرده و دماهایی در حدود ۴۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد یا بیشتر ایجاد می‌کنند. این گرما توربین‌های بخار یا موتورهای دیگر را به حرکت درمی‌آورد.
ذخیره‌سازی حرارتی: نیروگاه‌های CSP اغلب از مخازن نمک مذاب یا سایر مواد ذخیره‌کننده برای نگه‌داری چند ساعت گرما استفاده می‌کنند و امکان تولید برق پس از غروب و انعطاف‌پذیری شبکه را فراهم می‌آورند.

۳٫۳ خورشید به سوخت: فوتوکاتالیست و تولید هیدروژن

انرژی خورشیدی همچنین می‌تواند در پیوندهای شیمیایی ذخیره شود؛ مثلاً با تولید هیدروژن. هیدروژن قابلیت ذخیره‌سازی بلندمدت دارد و در بخش‌هایی که برق‌رسانی مستقیم دشوار است، مانند فولادسازی یا حمل‌ونقل سنگین، کاربرد بالقوه‌ی بزرگی دارد.

۳٫۳٫۱ شکافت فوتوکاتالیستی آب

در شکافت فوتوکاتالیستی آب، ذرات یا لایه‌های نیمه‌هادی، نور خورشید را جذب و مستقیماً واکنش‌های شیمیایی شکافت آب به هیدروژن و اکسیژن را پیش می‌برند. نور، زوج‌های الکترون–حفره را در کاتالیست ایجاد می‌کند؛ الکترون‌ها پروتون‌ها را به هیدروژن کاهش می‌دهند و حفره‌ها آب را به اکسیژن اکسید می‌کنند.

پژوهش‌ها بر توسعه‌ی فوتوکاتالیست‌هایی متمرکز است که:

در ناحیه‌ی مرئی طیف خورشید کارآیی بالایی داشته باشند
در محیط آبی و در زمان‌های طولانی پایدار بمانند
از مواد فراوان و کم‌خطر تشکیل شده باشند

با وجود پیشرفت قابل توجه در مواد و طراحی راکتور، راندمان‌های عملی سامانه‌های خورشید-به-هیدروژن هنوز محدود است و تجاری‌سازی در مقیاس بزرگ، در مرحله‌ی تحقیق و پایلوت باقی مانده است.

۳٫۳٫۲ شکافت آب فتو‌الکتروشیمیایی (PEC)

در سلول‌های فتو‌الکتروشیمیایی، جذب‌کننده‌های نور با واسط‌های الکتروشیمیایی ترکیب می‌شوند. یک الکترود نوری تحت تابش، فوتوولتاژ ایجاد می‌کند و در تماس با الکترولیت و کاتالیست‌های مناسب، شکافت آب به هیدروژن و اکسیژن را پیش می‌برد.

نسبت به سامانه‌های فوتوکاتالیستی پودری، طراحی PEC امکان کنترل دقیق‌تر سطح مشترک و دستیابی به راندمان‌های بالاتر را فراهم می‌کند. با این حال، پایداری در شرایط عملیاتی و هزینه‌ی مواد پیچیده همچنان از چالش‌های اصلی است.

۳٫۳٫۳ الکترولیز تغذیه‌شده با PV (PV–EC)

پیشرفته‌ترین مسیر تجاری برای تولید هیدروژن سبز در حال حاضر، ترکیب سامانه‌های PV متعارف با الکترولایزرهای آب، مانند الکترولایزرهای غشای تبادل پروتون (PEM) یا قلیایی است. این پیکربندی ماژولار، از بلوغ فناوری PV و بهبود مستمر الکترولایزرها بهره می‌برد و در حال حاضر در مقیاس‌های صنعتی اجرا می‌شود.

۳٫۳٫۴ هیدروژن ترموشیمیایی خورشیدی (STCH)

در تولید هیدروژن ترموشیمیایی خورشیدی، گرمای دمای‌بالای حاصل از تمرکز نور خورشید، چرخه‌های ردوکس در اکسیدهای فلزی مانند سرّیا (CeO_۲) را پیش می‌برد. در یک چرخه‌ی دو مرحله‌ای، ابتدا اکسید فلزی در دمای بالا کاهش یافته و اکسیژن آزاد می‌کند؛ سپس در دمای پایین‌تر، با بخار آب (و گاهی CO_۲) دوباره اکسید شده و هیدروژن (و مونوکسید کربن) تولید می‌کند.

STCH از نظر اصولی می‌تواند راندمان‌های بالایی داشته باشد و با ذخیره‌سازی حرارتی ترکیب شود؛ اما نیازمند مواد پیشرفته، طراحی‌های پیچیده‌ی راکتور و زیرساخت‌های خاص است و هنوز در مراحل اولیه‌ی توسعه قرار دارد.

۴. ظرفیت جهانی کنونی و نقش انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی سریع‌ترین منبع در حال رشد برای ظرفیت جدید تولید برق در جهان است. بر اساس آمارهای بین‌المللی، ظرفیت انباشته‌ی نصب‌شده‌ی فتوولتائیک جهانی تا پایان سال ۲۰۲۳ به حدود ۱٫۶ تراوات رسید و از آن زمان با شتاب بالا رو به افزایش گذاشته است.

اگر کل ظرفیت تجدیدپذیر را در نظر بگیریم، مجموع ظرفیت برق تجدیدپذیر جهان تا پایان ۲۰۲۴ به حدود ۴٬۴۴۸ گیگاوات رسید؛ پس از ثبت رکوردی جدید در همان سال با افزودن حدود ۵۸۵ گیگاوات ظرفیت تازه. سهم عمده‌ی این رشد، مربوط به نیروگاه‌های خورشیدی PV بود، که بازتابی از کاهش هزینه‌ها و سهولت استقرار این فناوری است.

از منظر تولید برق، سهم خورشید از برق جهانی در سال ۲۰۲۴ به حدود ۶٫۹٪ رسید؛ در حالی که این سهم در سال قبل در حدود ۵ تا ۶ درصد بود. از نظر مقدار مطلق، تولید برق خورشیدی از ۲٬۰۰۰ تراوات‌ساعت فراتر رفت و افزایش سالانه‌ی تولید خورشیدی، از هر منبع دیگری بیشتر بود.

در برخی کشورها و مناطق، سهم خورشید از برق سالانه به بیش از یک‌چهارم رسیده و در ماه‌های آفتابی حتی بیشتر نیز می‌شود. این نمونه‌های واقعی، تصویر روشنی از عملکرد سیستم‌های با نفوذ بالای خورشید به دست می‌دهند.

۵. پژوهش‌ها و توسعه‌های اخیر

پژوهش و توسعه در حوزه‌ی انرژی خورشیدی، طیف گسترده‌ای از علوم مواد، مهندسی ادوات، یکپارچه‌سازی سامانه و سیاست‌گذاری انرژی را در بر می‌گیرد. چند حوزه‌ی زیر به‌طور ویژه فعال هستند.

۵٫۱ مواد فتوولتائیک نسل بعد

در حوزه‌ی سیلیکون کریستالی، تمرکز پژوهش بر ساختارهای پیشرفته‌ای مانند سلول‌های TOPCon و هتروجانکشن است که در عین کاهش مصرف مواد و هزینه‌ی تولید، راندمان را اندکی بیشتر می‌کنند. سلول‌های سیلیکونی به مرزهای عملی راندمان تک‌پیوندی نزدیک شده‌اند؛ بنابراین توجه پژوهش‌ها هرچه بیشتر به سمت ساختارهای تاندوم معطوف شده است.

سلول‌های تاندوم پرووسکایت–سیلیکون طی مدت کوتاهی مجموعه‌ای از رکوردهای راندمان را ثبت کرده‌اند و در آزمایشگاه، راندمان‌های میانی ۳۰٪ برای آن‌ها گزارش شده است. در سطح ماژول، پنل‌های تاندوم پرووسکایت–سیلیکون با راندمان حدود ۲۵٪ معرفی شده‌اند که نشان می‌دهد تجاری‌سازی این فناوری در حال پیگیری مسیر سریع پیشرفت‌های آزمایشگاهی است.

۵٫۲ فناوری‌های سوخت خورشیدی

برای مسیرهای خورشید-به-هیدروژن، در چند جبهه پیشرفت‌هایی در جریان است:

فوتوکاتالیست‌ها: ترکیب‌های جدید کاتالیستی، نانوساختاردهی و طراحی راکتور، با هدف افزایش راندمان خورشید-به-هیدروژن، بهبود پایداری و استفاده از مواد فراوان و کم‌خطر توسعه می‌یابند.
سلول‌های فتو‌الکتروشیمیایی: پوشش‌های حفاظتی بهتر، مهندسی سطح مشترک و معماری‌های تاندوم PEC که چند جاذب نوری را ترکیب می‌کنند، برای دستیابی به ولتاژهای بالاتر و عملکرد بهتر در حال توسعه هستند.
چرخه‌های ترموشیمیایی خورشیدی: کار روی سرّیا و سایر مواد ردوکس، با هدف کاهش دمای اوج عملکرد، بهبود بازیابی حرارت و افزایش راندمان چرخه در جریان است تا STCH به گزینه‌ای عملی‌تر تبدیل شود.
الکترولیز تغذیه‌شده با PV: پژوهش‌های سطح سامانه، بهینه‌سازی برهم‌کنش بین آرایه‌های PV و الکترولایزرها را دنبال می‌کنند؛ از جمله راهبردهای اتصال مستقیم، بهره‌برداری دینامیک و تحلیل‌های فنی–اقتصادی برای شرایط جغرافیایی و الگوی قیمت برق متفاوت.

۵٫۳ یکپارچه‌سازی با شبکه و انعطاف‌پذیری

با افزایش نفوذ برق خورشیدی در شبکه، تمرکز از «ساخت ظرفیت بیشتر» به سمت «یکپارچه‌سازی توان متغیر با سیستم انرژی» تغییر کرده است. مهم‌ترین موضوعات پژوهشی در این زمینه عبارت‌اند از:

توسعه‌ی فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی، شامل باتری‌ها، تلمبه‌–‌ذخیره‌ای و ذخیره‌سازی حرارتی
شبکه‌های هوشمند و برنامه‌های پاسخگویی بار که بارهای انعطاف‌پذیر (مانند شارژ خودروهای برقی و پمپ‌های حرارتی) را با تولید خورشیدی هم‌زمان می‌کنند
الکترونیک قدرت شبکه‌ساز که به حفظ پایداری در سیستم‌هایی با سهم بالای منابع تجدیدپذیر و سهم کمتر ژنراتورهای سنکرون کمک می‌کند
پیش‌بینی بهتر تولید خورشیدی و ابزارهای دیجیتال برای بهینه‌سازی بهره‌برداری از تولید و ذخیره‌سازی

۶. اهداف و سناریوهای آینده

اهداف اقلیمی در چارچوب توافق پاریس، رشد سریع و پایدار انرژی خورشیدی را ضروری می‌کند. بسیاری از کشورها هدفی را پذیرفته‌اند مبنی بر این‌که ظرفیت جهانی برق تجدیدپذیر تا سال ۲۰۳۰ نسبت به ۲۰۲۳ تقریباً سه برابر شود.

تحلیل‌های نهادهای بین‌المللی نشان می‌دهد که برای حفظ شانس محدود کردن افزایش دما به ۱٫۵ درجه سانتی‌گراد، ظرفیت برق تجدیدپذیر جهانی باید تا سال ۲۰۳۰ از ۱۱٬۰۰۰ گیگاوات فراتر رود و بخش عمده‌ی این ظرفیت جدید را خورشید و باد تشکیل دهند. این سناریو نیازمند افزودن سالانه‌ی ظرفیتی بیش از رکوردهای فعلی است؛ اما روند رشد کنونی خورشید، حرکت به سمت چنین سطوحی را نشان می‌دهد.

در مسیرهای بلندمدت دستیابی به «کربن خنثی» تا سال ۲۰۵۰، معمولاً خورشید در دهه‌ی ۲۰۳۰ یا اوایل ۲۰۴۰ به بزرگ‌ترین منبع برق در جهان تبدیل می‌شود. در بسیاری از سناریوها، تولید برق خورشیدی چند برابر سطح کنونی است و علاوه بر تأمین برق مستقیم، برق ارزان مورد نیاز برای تولید هیدروژن سبز و سوخت‌های سنتتیک را فراهم می‌کند.

در سطح بخش‌های مختلف، انتظار می‌رود خورشید:

بر ظرفیت‌های جدید تولید برق مسلط شود، به‌ویژه در مناطق آفتابی با زمین و زیرساخت مناسب شبکه
برق ارزان برای هیدروژن سبز فراهم کند تا در صنایعی مانند فولاد، شیمیایی و برخی حمل‌ونقل‌ها جایگزین سوخت‌های فسیلی شود
گرمای دمای پایین و متوسط مورد نیاز صنایع را تأمین کند و وابستگی به بویلرهای فسیلی را کاهش دهد
با ترکیب PV روی پشت‌بام و BIPV و اقدام‌های بهره‌وری، دستیابی به ساختمان‌های با مصرف انرژی نزدیک صفر یا مثبت را ممکن کند

۷. چالش‌ها و فرصت‌ها

با وجود پیشرفت چشمگیر، رساندن انرژی خورشیدی به سطوح مورد نیاز سناریوهای اقلیمی، چالش‌های مهمی در پی دارد – و در عین حال فرصت‌های بزرگی برای نوآوری و طراحی سیاست نیز فراهم می‌کند.

۷٫۱ متغیر بودن و ادغام با شبکه

متغیر بودن توان خورشیدی، در نفوذهای بالا، الزاماتی ایجاد می‌کند:

وجود منابع کافی انعطاف‌پذیری مانند ذخیره‌سازی، پاسخگویی بار و تولید انعطاف‌پذیر متعارف
سرمایه‌گذاری در شبکه‌های انتقال برای انتقال برق از مناطق پرمنبع به مراکز مصرف
قوانین بازار و تنظیم‌گری که به انعطاف‌پذیری پاداش دهند و اجازه‌ی ظهور مدل‌های کسب‌وکار جدید را بدهند

۷٫۲ کاربری زمین و اثرات محیط‌زیستی

نیروگاه‌های خورشیدی در مقیاس بزرگ به مساحت زمین قابل توجهی نیاز دارند و ممکن است نگرانی‌هایی درباره‌ی منظر، کشاورزی و تنوع زیستی ایجاد کنند. برای کاهش این نگرانی‌ها می‌توان:

از پشت‌بام‌ها، پارکینگ‌ها، زمین‌های قهوه‌ای و سایر اراضی مخدوش استفاده کرد
سامانه‌های «آگروولتائیک» را به کار گرفت که تولید محصول و برق را به‌طور هم‌زمان ممکن می‌کنند
از سامانه‌های PV شناور روی مخازن و آبگیرها در موارد مناسب بهره برد
با برنامه‌ریزی دقیق، از مناطق حساس زیست‌محیطی دوری کرد و پروژه‌ها را با نیازها و منافع جوامع محلی هماهنگ ساخت

۷٫۳ مواد، زنجیره‌های تأمین و بازیافت

فناوری‌های خورشیدی به موادی مانند سیلیکون، شیشه، آلومینیوم، مس و نقره وابسته‌اند و در برخی فناوری‌های لایه نازک، عناصر کم‌یاب‌تری مانند ایندیوم یا تلوریوم نیز به کار می‌روند. با گسترش ظرفیت خورشیدی به چندین تراوات، موضوعات مربوط به مواد حیاتی، تاب‌آوری زنجیره‌ی تأمین و مدیریت پایان عمر تجهیزات اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

تلاش‌ها در این حوزه به کاهش مصرف مواد کمیاب، تنوع‌بخشی به منابع تأمین و توسعه‌ی فرایندهای بازیافت اقتصادی برای ماژول‌های PV و سامانه‌های ذخیره‌سازی معطوف است. پیش‌بینی می‌شود تا میانه‌ی قرن، مواد بازیافتی به منبع ثانویه‌ی مهمی برای صنعت خورشیدی تبدیل شوند.

۷٫۴ عدالت و دسترسی

انرژی خورشیدی می‌تواند به دسترسی بیشتر به انرژی و عدالت اجتماعی کمک کند، مشروط بر آن‌که موانع به‌درستی مدیریت شوند. سامانه‌های خورشیدی خارج از شبکه و میکروگریدها، امکان فراهم کردن برق اولیه برای جوامع دورافتاده را دارند. سامانه‌های پشت‌بامی و خورشیدی اشتراکی می‌توانند هزینه‌ی قبض‌ها را کاهش دهند و کنترل بیشتری به خانوارها بدهند؛ اما طراحی سازوکارهای مالی و سیاستی باید به‌گونه‌ای باشد که خانواده‌های کم‌درآمد، از فواید انرژی پاک محروم نشوند یا بار هزینه‌ای بیشتری بر دوش آن‌ها قرار نگیرد.

۸. جمع‌بندی

طی چند دهه، انرژی خورشیدی از حاشیه به مرکز سیستم برق‌رسانی جهان آمده است. امروز ظرفیت فتوولتائیک جهانی در محدوده‌ی چند تراوات قرار دارد و هر سال صدها گیگاوات به آن افزوده می‌شود. خورشید اکنون سهم قابل توجه و رو به افزایشی از برق جهان را تأمین می‌کند و با تداوم کاهش هزینه‌ها و بلوغ فناوری‌های مکمل مثل ذخیره‌سازی و هیدروژن سبز، این نقش پررنگ‌تر خواهد شد.

مواد فتوولتائیک نسل بعد، همراه با پیشرفت در تولید هیدروژن خورشیدی و یکپارچه‌سازی کارآمد با شبکه، این چشم‌انداز را ایجاد می‌کنند که در آینده، نور فراوان و پاک خورشید به نیروی محرک اصلی بخش بزرگی از اقتصاد تبدیل شود. تحقق این چشم‌انداز به سرمایه‌گذاری پایدار، سیاست‌های حمایتی و برنامه‌ریزی هوشمند نیاز دارد؛ اما مسیر کلی روشن است: انرژی خورشیدی به‌سوی تبدیل شدن به یکی از زیرساخت‌های تعیین‌کننده‌ی قرن بیست‌ویکم در حرکت است.

۹. منابع

International Energy Agency (IEA), Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector, IEA, 2021.
International Energy Agency (IEA), Net Zero Roadmap: A Global Pathway to Keep the 1.5 °C Goal in Reach, IEA, 2023.
International Renewable Energy Agency (IRENA), Renewable Capacity Statistics 2024, IRENA, 2024.
International Renewable Energy Agency (IRENA), “Record-Breaking Annual Growth in Renewable Power Capacity During 2024, Reaching 4 448 GW,” press release, 2025.
Ember, Global Electricity Review 2025, Ember, 2025.
NREL, “Best Research-Cell Efficiency Chart,” NREL.
LONGi Solar, “34.85%! LONGi Breaks World Record for Crystalline Silicon–Perovskite Tandem Solar Cell,” news release, 2025.
Oxford PV, “Oxford PV Sets New Solar Panel Efficiency World Record,” news release, 2025.
T. Hisatomi et al., “Photocatalytic Water Splitting for Large-Scale Solar-to-Hydrogen Energy Conversion,” Frontiers in Science, 2024.
M. El Ouardi, A. El Idrissi et al., “Review of Photoelectrochemical Water Splitting: From Quantitative Approaches to Effect of Sacrificial Agents, Oxygen Vacancies, Thermal and Magnetic Field on (Photo)electrolysis,” International Journal of Hydrogen Energy, 2024.
D. Oudejans et al., “A Comprehensive Review on Two-Step Thermochemical Water Splitting for Hydrogen Production,” Energies, 2022.
Y. Zheng et al., “Recent Advances in Efficient and Scalable Solar Hydrogen Production,” Discover Energy, 2023.
A. Ghosh et al., “Solar-Powered Green Hydrogen from Electrolyzer (PV-H₂): A Review,” Solar RRL, 2025.
Ember / various media coverage, “Clean energy powered around 40 % of global electricity in 2024, with solar and wind leading growth,” Global Electricity Review 2025, 2025.