پنل‌های خورشیدی به آب و هوای جهانی خسارت‌ وارد می‌کنند!

صحراهای جهان می‌توانند بهترین مکان‌های روی زمین برای برداشت انرژی خورشیدی باشند، همان فراوان‌ترین و تمیزترین منبع انرژی که در اختیار ماست. بیابان‌ها، وسیع، نسبتاً مسطح و غنی از سیلیسیم هستند. این ماده، ماده اولیه نیمه رسانای ساخته شده از سلول‌های خورشیدی است. بیابان‌ها از نور خورشید نیز بی‌بهره نیستند. در حقیقت، ده نیروگاه خورشیدی بزرگ در سراسر جهان همه در بیابان‌ها یا مناطق خشک واقع شده‌اند.

محققان تصور می‌کنند، ممکن است بزرگترین بیابان جهان، به یک مزرعه خورشیدی غول‌پیکر تبدیل شود که قادر به تأمین چهار برابر تقاضای انرژی فعلی جهان باشد. طرح‌هایی برای پروژه‌هایی در تونس و مراکش تهیه شده است که می‌تواند برای میلیون‌ها خانوار در اروپا برق تأمین کند.

در حالی که سطوح سیاه صفحه‌های خورشیدی بیشتر نور خورشید را که به آنها می‌رسد، جذب می‌کنند، تنها کسری (حدود 15 درصد) از انرژی ورودی به برق تبدیل می‌شود. بقیه به صورت گرما به محیط برگردانده می‌شود. صفحه‌ها معمولاً نسبت به زمینی که پوشانده‌اند بسیار تاریک‌ترند، بنابراین فضای گسترده‌ای از سلول‌های خورشیدی انرژی اضافی زیادی را جذب کرده و به عنوان گرما از آن ساطع می‌شود و بر آب و هوا تأثیر می‌گذارد.

اگر این تأثیرات فقط محلی بود، ممکن است در بیابانی با جمعیت کم و بی‌حاصل اهمیتی نداشته باشد. اما مقیاس تاسیساتی که برای ایجاد نیاز به انرژی فسیلی جهان لازم است، گسترده خواهد بود و هزاران کیلومتر مربع را پوشش می‌دهد. گرما که از ناحیه‌ای به این اندازه ساطع می‌شود با جریان هوا در جو توزیع می‌شود و تأثیرات منطقه‌ای و حتی جهانی بر آب و هوا دارد.

صحرای سبزتر

یک مطالعه در سال 2018 از یک مدل آب و هوایی برای شبیه‌سازی اثرات ضریب بازگشت نور پایین (آلبدو) در سطح زمین بیابان‌ها استفاده کرده است. در این مناطق پنل‌های عظیم خورشیدی نصب شده بود. آلبدو معیار اندازه‌گیری میزان انعکاس نور خورشید در سطوح است. به عنوان مثال، شن و ماسه بسیار بازتابنده‌تر از یک صفحه خورشیدی است و بنابراین آلبدو بالاتری دارد.

این مدل نشان داد که وقتی اندازه مزرعه خورشیدی به 20 درصد از کل سطح صحرا می‌رسد، باعث ایجاد بازخوردی می‌شود. گرمای ساطع شده از صفحات خورشیدی تیره‌تر (در مقایسه با خاک بیابانی بسیار بازتابنده) اختلاف دمایی زیادی را بین زمین و اقیانوس‌های اطراف ایجاد می‌کند که در نهایت فشار هوای سطح را کاهش می‌دهد و باعث بالا رفتن هوای مرطوب و ایجاد قطرات باران می‌شود. با بارش باران‌های موسمی بیشتر، گیاهان رشد می‌کنند و صحرا کمتر انرژی خورشید را منعکس می‌کند، زیرا پوشش گیاهی نور را بهتر از شن و خاک جذب می‌کند. با وجود گیاهان بیشتر، آب بیشتری تبخیر می‌شود و محیط مرطوب‌تری ایجاد می‌کند که باعث گسترش پوشش گیاهی می‌شود.

مطالعات نشان می‌دهد که بازخوردی مشابه، بسیاری از بیابان‌های صحرا را در دوره مرطوب آفریقا که فقط 5000 سال پیش به پایان رسیده است، حفظ کرده است. بنابراین، یک مزرعه غول‌پیکر خورشیدی می‌تواند انرژی کافی برای تأمین تقاضای جهانی تولید کند و همزمان یکی از بدترین محیط‌های کره زمین را به محیطی قابل سکونت تبدیل کند. این عالی نیست؟

خب در جواب باید گفت: نه کاملا. در یک مطالعه اخیر، ما از یک مدل پیشرفته زمین برای بررسی دقیق نحوه تعامل مزارع خورشیدی صحرا با آب و هوا استفاده کردیم. مدل ما بازخورد پیچیده بین حوزه‌های متقابل آب و هوای جهان را در نظر می‌گیرد: جو، اقیانوس، زمین و اکوسیستم‌های آن. این نشان داد که ممکن است در قسمت‌های دور افتاده از خشکی و اقیانوس اثرات ناخواسته‌ای وجود داشته باشد که مزایای منطقه‌ای را از صحرا خنثی کند.

خشکسالی در آمازون، گردبادها در ویتنام

طبق مدل‌سازی محققان، پوشاندن 20 درصد بیابان‌های صحرا با مزارع خورشیدی، درجه حرارت محلی را در کویر 1.5 درجه سانتیگراد افزایش می‌دهد. با 50 درصد پوشش، افزایش دما 2.5 درجه سانتیگراد است. این گرمایش سرانجام توسط جو و حرکت اقیانوس‌ها در سراسر کره زمین پخش می‌شود و میانگین دمای جهان را برای 0.20 درجه پوشش و 0.39 درجه سانتیگراد را برای پوشش 50 درصد افزایش می‌دهد. تغییر درجه حرارت جهانی یکنواخت نیست؛ مناطق قطبی بیشتر از مناطق گرمسیری گرم می‌شوند و باعث از بین رفتن یخ دریا در قطب شمال می‌شوند. این می‌تواند به گرم شدن زمین سرعت بیشتری ببخشد، زیرا ذوب شدن یخ‌های دریا آب تیره‌ای را به وجود می‌آورد که باعث می‌شود انرژی خورشیدی بسیار بیشتری جذب شود.

این منبع جدید گرمای عظیم در صحرا، گردش هوا و اقیانوس جهانی را تنظیم می‌کند و بر الگوهای بارشی در سراسر جهان تأثیر می‌گذارد. نوار باریک باران شدید در مناطق استوایی که بیش از 30 درصد از بارش جهانی را تشکیل می‌دهد و از جنگل‌های بارانی حوزه آمازون و کنگو پشتیبانی می‌کند، در شبیه‌سازی‌های ما به سمت شمال تغییر جهت می‌دهد.

این امر در منطقه آمازون باعث خشکسالی می‌شود زیرا رطوبت کمتری وارد اقیانوس می‌شود. تقریباً همان میزان باران اضافی که به دلیل اثرات تیره کننده سطح صفحات خورشیدی در صحرا می‌بارد، در آمازون از بین می‌رود. این مدل همچنین پیش‌بینی می‌کند که طوفان‌های گرمسیری مکرر به سواحل آمریکای شمالی و آسیای شرقی برخورد می‌کنند.

برخی از فرآیندهای مهم مانند گرد و غبار ناشی از بیابان‌های بزرگ هنوز کشف نشده‌اند. گرد و غبار صحرا که توسط بادها حمل می‌شود، منبع حیاتی مواد مغذی برای آمازون و اقیانوس اطلس است. بنابراین یک صحرای سبز می‌تواند حتی یک اثر جهانی بزرگتر از آنچه شبیه‌سازی‌های ما پیشنهاد کرده است، داشته باشد.

محققان در حال حاضر در حال انجام تحقیقاتی برای درک اثرات ایجاد مزارع عظیم خورشیدی در بیابان‌های جهان هستند. راه‌حل‌هایی از این دست ممکن است به جامعه کمک کند تا کمتر از انرژی فسیلی استفاده کند، اما مطالعات سیستم زمین به اهمیت در نظر گرفتن پاسخ‌های متعدد جوی، اقیانوس‌ها و سطح زمین هنگام بررسی مزایا و خطرات آنها تأکید می‌کند.