گوی خبر-  بشر در اواخر قرن ۱۹ کشف کرد که تابش نور خورشید به عنصر سلنیوم به تولید جریان الکتریسیته منجر می‌شود. چند سال بعد یعنی در سال ۱۸۸۳ اولین ایده‌های ساخت پنل خورشیدی با استفاده از همین عنصر شکل گرفت و نهایتا سال ۱۹۵۴ اولین سلول فتوولتاییک سیلیکونی به عنوان نخستین سلول خورشیدی که می‌توانست برق کافی برای یک وسیله برقی تولید کند، ساخته شد. از آن سال به بعد، سلول‌های خورشیدی جای خود را در بخش‌های مختلف باز کرده و حتی به فضا هم راه پیدا کردند و امروز استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان یک گزینه پاک برای جایگزینی شیوه‌های آلاینده تولید برق مطرح است. آلمان یکی از کشور‌های پیشرو در استفاده از انرژی خورشیدی است و بررسی تجربه این کشور در استفاده از پنل‌های خورشیدی می‌تواند برای ما بسیار آموزنده باشد. این کشور در اوایل دهه ۲۰۰۰ میلادی یکی از کشور‌های پیشرفته در تولید برق خورشیدی بود. شرکت‌های Q-Cells و SolarWorld از جمله شرکت‌هایی بودند که در این کشور پنل خورشیدی تولید می‌کردند. البته این شرکت‌ها در طول زمان تولید خود را به خارج از آلمان انتقال داده و پس از مدتی به دلیل مشکلات مالی توسط شرکت کره‌ای Hanwha خریداری شدند.

توقف تولید پنل‌های خورشیدی در آلمان

ورود چین به عرصه تولید پنل‌های خورشیدی و ناتوانی آلمان در رقابت با این کشور به دلیل هزینه انرژی و دستمزد بالا، باعث شد این کشور تولید پنل خورشیدی را به خارج منتقل کند. چین پس از مدتی بازار جهانی را با پنل‌های ارزان‌تر اشباع و توان رقابت را برای شرکت‌های آلمانی بسیار سخت کرد. این وضعیت در کنار تغییر در سیاست‌های حمایتی آلمان و کاهش سودآوری تولید پنل، تقریبا باعث توقف تولید در آلمان شد. انرژی‌بر بودن تولید پنل یکی از دلایل از دست رفتن توان رقابتی شرکت‌های آلمانی بود. به بیان دقیق‌تر تولید پنل‌های خورشیدی، به‌ویژه سلول‌های سیلیکونی کریستالی، فرآیندی انرژی‌بر است که شامل مرحله استخراج سیلیکون خام، خالص‌سازی برای استفاده در پنل، برش نازک سیلیکون خالص و تولید ویفر، پردازش و پوشش ویفر‌ها با اتصالات الکتریکی و قرار دادن سلول‌های خورشیدی در پوشش شیشه‌ای و مواد محافظ می‌شود. طی شدن تمام این مراحل به انرژی بسیار زیادی نیاز دارد. البته امروز با پیشرفت فناوری، مصرف انرژی در این فرآیند کاهش یافته و زمان بازگشت انرژی، بسته به محل و مقیاس تولید به یک تا چهار سال رسیده است

۱۲ درصد برق آلمان خورشیدی است

جدا از بحث تولید پنل‌های خورشیدی، امروز آلمان خود یکی از مصرف‌کنندگان بزرگ انرژی خورشیدی است. این کشور در سال ۲۰۲۲ حدود ۱۲ درصد از برق مصرفی سالانه خود را با انرژی خورشیدی تأمین کرد. با وجود این میزان تولید برق خورشیدی، اما این کشور همچنان با چالش‌هایی مانند ادغام برق تولیدی در شبکه و ذخیره‌سازی مازاد انرژی مواجه است.

همانطور که اشاره شد آلمان در بخش انرژی تجدیدپذیر با چالش ذخیره‌سازی مواجه است. این کشور از روش‌های مختلفی برای ذخیره‌سازی برق و متعادل‌سازی نوسانات تولید انرژی‌های تجدیدپذیر استفاده می‌کند. یکی از این روش‌ها، نیروگاه‌های تلمبه‌ای ذخیره‌ای است که در آن آب به مخازن مرتفع پمپ شده و در زمان نیاز برای تولید برق استفاده می‌شود. این روش یکی از موثرترین روش‌های ذخیره‌سازی محسوب می‌شود. باتری‌های ذخیره‌سازی یکی دیگر از روش‌های مورد استفاده در آلمان است. در این شیوه، سیستم‌های باتری بزرگ که توسط شرکت‌هایی مانند تسلا و برخی شرکت‌های آلمانی توسعه یافته‌اند؛ برای متعادل‌سازی نوسانات کوتاه‌مدت شبکه استفاده می‌شوند. تبدیل برق اضافی به هیدروژن یا متان که بعدا می‌توان از آن برای تولید انرژی استفاده کرد هم یکی دیگر از شیوه‌های ذخیره‌سازی در آلمان است. به این روش تبدیل برق به گاز (Power-to-Gas) گفته می‌شود. ذخیره‌سازی گرمایی هم یکی از شیوه‌هاست که در آن برق اضافی به گرما تبدیل و بعدا از آن برای تولید برق یا در سیستم‌های گرمایش شهری استفاده می‌کنند.

بدون توسعه ذخیره‌سازها، تکیه بر انرژی‌های تجدیدپذیر ممکن نیست

موضوع مهم درباره توسعه ذخیره‌ساز‌ها در آلمان این است که اگر این روش‌های پیشرفته وجود نداشت؛ تکیه این کشور به انرژی‌های تجدیدپذیر بسیار دشوار می‌شد. چون همه اشکال انرژی‌های تجدیدپذیر با مساله زمان مصرف مواجه هستند. مثلا انرژی خورشیدی در شب که زمان اوج مصرف است، متوقف می‌شود. انرژی باد هم نوسان بسیار بالایی دارد و ناپایدار است. بنابراین پایداری در شبکه برق مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر بدون ذخیره‌سازی مناسب یا ظرفیت‌های پشتیبان، غیرممکن و توسعه فناوری‌های ذخیره‌سازی و شبکه‌های هوشمند برای موفقیت انرژی‌های تجدیدپذیر ضروری است. به‌رغم همه این چالش‌ها و مسائل، دولت آلمان در توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر جدی است. در همین راستا حامیان استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در آلمان، این موضوع را یک ضرورت برای مقابله با تغییرات آب و هوایی می‌دانند. حزب سبز‌ها (Bündnis ۹۰‎/Die Grünen) و حزب سوسیال دموکرات (SPD) از طرفداران انرژی‌های تجدیدپذیر در این کشور هستند.

انرژی‌های تجدیدپذیر در آلمان منتقدانی هم دارد. این گروه هم نگران هزینه‌های بالا، چالش پایداری شبکه و وابستگی به واردات فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر هستند. احزاب CDU/CSU و FDP از انتقال تدریجی‌تر به انرژی‌های تجدیدپذیر حمایت می‌کنند و به نقش مهم گاز و هیدروژن در این روند اشاره دارند. حزب AfD هم به عنوان مخالف جدی سیاست‌های انرژی تجدیدپذیر مطرح است و خواستار بازگشت به انرژی‌های فسیلی و هسته‌ای است.

دغدغه جامعه علمی آلمان نسبت به برق تجدیدپذیر

بخش علمی و دانشگاهی آلمان هم درباره توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر در آلمان دغدغه‌هایی دارد. منتقدان علمی و دانشگاهی معتقدند باتری‌ها و فناوری‌های ذخیره‌سازی گاز (Power-to-Gas) هنوز به مرحله‌ای نرسیده که امکان جایگزینی کامل انرژی‌های تجدیدپذیر را فراهم کنند. این کارشناسان همچنین می‌گویند سرمایه‌گذاری در شبکه‌های برق و سیستم‌های ذخیره‌سازی، برای مصرف‌کنندگان و صنایع، هزینه‌های اضافی به دنبال دارد. آنها همچنین نسبت به وابستگی آلمان به واردات هم ابراز نگرانی کرده و معتقدند آلمان در بسیاری از حوزه‌های فناوری‌های تجدیدپذیر، وابسته به واردات از چین و سایر کشور‌ها شده است.

نگرانی‌های بخش صنعت

بخش صنعت هم نسبت به توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر هنوز مطمئن نیست. بسیاری از شرکت‌های صنعتی نگران افزایش هزینه‌های انرژی و تأثیر آن بر رقابت‌پذیری جهانی خود هستند. به عنوان نمونه صنعت فولاد و مواد شیمیایی آلمان نیازمند برق زیاد و پایدار هستند و به همین دلیل نمی‌توانند به انرژی‌های تجدیدپذیر خوشبین باشند. در بخش خودروسازی هم اگر چه شرکت‌هایی مانند فولکس‌واگن و بی‌ام‌و در حال سرمایه‌گذاری در انرژی‌های تجدیدپذیر هستند، اما خواستار برنامه‌ریزی برای شبکه‌های برق قوی‌تر و پایدار هستند. در نهایت آلمان در توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر به خصوص برق خورشیدی همچنان با چالش‌های مانند فناوری‌های ذخیره‌سازی مواجه است، چون هنوز راهکار‌های اقتصادی و کارآمدی برای ذخیره‌سازی بلندمدت انرژی توسعه نیافته است. همچنین بسیاری از باتری‌ها، پنل‌های خورشیدی و تجهیزات مرتبط با انرژی‌های تجدیدپذیر از چین وارد می‌شوند. به همین دلیل چالش وابستگی به چین به طور جدی مطرح است. مساله مالی هم یکی از چالش‌های مهم و اصلی انرژی‌های تجدیدپذیر است، چون تولید برق خورشیدی یا بادی منابع مالی بسیار زیادی می‌طلبد. در نهایت اینکه ساخت مزارع بادی و خورشیدی و خطوط انتقال آن ممکن است با مخالفت‌های عمومی هم مواجه شود.

چشم‌انداز ۲۰ ساله برای تبدیل آلمان به کشور «کربن خنثی»

با وجود همه این مسائل، آلمان یک چشم‌انداز ۲۰ ساله برای آینده انرژی‌های تجدیدپذیر ترسیم کرده است. این کشور قصد دارد در مرحله اول تا سال ۲۰۳۰ حدود ۸۰ درصد برق خود را از منابع تجدیدپذیر تأمین کند و همزمان با آن، زغال‌سنگ را از سبد انرژی خود خارج کند. پله بعدی در این چشم‌انداز برق تقریبا بدون کربن است که قرار است در سال ۲۰۳۵ محقق شود. در نهایت این کشور درصدد است تا در سال ۲۰۴۵ به کشور «کربن خنثی» یا Net Zero تبدیل شود. میزان موفقیت این اهداف به پیشرفت‌های فناوری، سیاست‌های آینده و شرایط اقتصادی بستگی دارد

درس‌هایی برای کشور ما

دولت با توجه به ناترازی که در کشور به مرور زمان ایجاد شده است؛ تصمیم گرفته تا با یک سرمایه‌گذاری ۱۵ میلیارد دلاری در انرژی‌های تجدیدپذیر به خصوص برق خورشیدی، بخشی از این ناترازی را جبران کند. با توجه به اهمیت موضوع و حجم منابعی که قرار است برای این بخش صرف شود؛ توجه به تجربه کشوری، چون آلمان و چالش‌های این کشور می‌تواند برای ما نیز سازنده باشد.

تولید یا واردات پنل؟

یکی از موضوعاتی که در تجربه آلمان به آن اشاره شد بحث زمان بازگشت انرژی معادل برای ساخت پنل‌های خورشیدی بود. تولید پنل خورشیدی به انرژی بالایی نیاز دارد. اگر این انرژی به صورت گاز در نظر گرفته شود و معادل برق تولیدی آن در توربین‌های گازی را لحاظ کنیم؛ هر پنل به چهار سال زمان برای جبران این معادله نیاز دارد. بنابراین ما باید به صرفه بودن یا نبودن مصرف این انرژی برای بازگشت چهار ساله را در نظر بگیریم. اینجاست که موضوع واردات پنل‌های خورشیدی مطرح می‌شود. در آلمان این جایگزینی به دلیل وابستگی به چین نگران‌کننده است، اما ایران ممکن است با سطح کمتری از این نگرانی مواجه باشد. به خصوص اینکه می‌توان از روش‌های تهاتر نفت و واردات پنل استفاده کرد.

به ذخیره‌سازی فکر کرده‌ایم؟

بحث ذخیره‌سازی هم یک چالش بسیار مهم است که باید به آن توجه شود. دیدیم که آلمان با این سطح پیشرفت در ذخیره‌سازی برق حاصل از انرژی‌های تجدیدپذیر باز هم با چالش‌های جدی مواجه است. کشور ما در این بخش توسعه خاصی نداشته و طرح تولید برق خورشیدی بدون لحاظ کردن اهمیت ذخیره‌سازها، نوعی تقلیل دادن و دست کم گرفتن مساله و نگران‌کننده است.

بدبینی صنایع بزرگ به برق خورشیدی

صنایع بزرگ مانند صنایع فولادی به دلیل استفاده از کوره‌های القایی ذوب، به برق با شدت جریان بسیار بالا نیاز دارند. تولید چنین برقی با تکیه بر انرژی باد و خورشید با فناوری‌های کنونی تقریبا بعید به نظر می‌رسد. بنابراین صنایع بزرگ به این موضوع رغبتی نشان نمی‌دهند.

نیاز به احداث زیرساخت‌های جدید جمع‌آوری و انتقال

بحث مهم دیگر، زیرساخت‌های جمع‌آوری در محل تولید و انتقال برق حاصل از انرژی‌های تجدیدپذیر به محل مصرف است. زیرساخت‌های تولید برق خورشیدی و بادی به دلیل ماهیت آن مطمئنا در مناطقی دور از جا‌هایی که به آن نیاز است، مستقر می‌شود. بنابراین انتقال برق تجدیدپذیر به ایجاد زیرساخت‌های جدید نیاز دارد. علاوه بر زیرساخت‌های انتقال به محل مصرف برق تولیدی، به احداث پست تبدیل و شبکه جمع‌آوری محلی هم نیاز دارد. همه این تجهیزات باید به صورت مجزا در توسعه انرژی تجدیدپذیر لحاظ شود. همچنین شبکه جمع‌آوری و انتقال برق برای مقاومت کمتر باید از جنس مس باشد. سیم‌کشی مسی و نگهداری از آن هم بسیار پرهزینه است. حال سوال اینجاست که آیا ما به این موضوعات فکر کرده‌ایم و برای آن آمادگی لازم را داریم یا خیر؟