સૌર ઊર્જાને ઉર્જાનો મુખ્ય સ્રોત બનાવવા તરફ વૈશ્વિક આગેકૂચ

- ડિસ્કવરી-ડો. વિહારી છાયા

- જર્મનીએ તો પોતાના દેશમાં નવા ન્યુક્લિયર પાવર પ્લાન્ટ નહી સ્થાપવાનો નિર્ણય કર્યો છે. તેના બદલે સૌર ઊર્જા, પવન ઊર્જા, બાયોમાસ વગેરે પુનઃપ્રાપ્ય (રિન્યુએબલ) ઉર્જાના સ્ત્રોતનો મોટાપાયે ઉપયોગ કરવા વિચારેલ છે

થર્મલ એનર્જી સ્ટોરેજ (ટીઇએસ) તકનીકવાળા સીએસપી પ્લાન્ટ, ઊર્જાનો સંગ્રહ કરી શકે છે

આ જે જ્યારે ખનીજતેલના ભૂગર્ભ ભંડારો ખતમ થઈ રહ્યા છે અને ખનિજ તેલના ભાવ આસમાને પહોંચી અને જગતના દેશોની અર્થવ્યવસ્થાને ડામાડોળ કરી રહ્યા છે ત્યારે જગતના દેશો જે વૈકલ્પિક ઉર્જાના સ્ત્રોતો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરી રહ્યા છે તેમાં સૌર ઉર્જા એટલે કે સોલાર પાવર છે.

સૌર ઊર્જા એ અક્ષય ઊર્જા છે. કુદરતે આપણા માથા પર સૂર્યના રૂપમાં ૪,૪૪,૦૦૦,૦૦૦,૦૦૦ મેગા વોટનુ ઉર્જા મથક આપેલું છે. આટલી પ્રચંડ સૌર ઉર્જા આપણને વિનામૂલ્યે મળે છે. પૃથ્વી પર આપાત થતી સૌર ઊર્જા પૈકી માત્ર ૪૦ મિનિટમાં પૃથ્વી પર આપાત થતી ઉર્જા સમગ્ર દુનિયાના એક વર્ષનાં ઊર્જા વપરાશ જેટલી હોય છે. આમ સૂર્યની સૌર ઊર્જા પૃથ્વીને વિનામૂલ્યે મળે છે તે વાત સાચી પણ તેમાંથી રૂપાંતરિત વિદ્યુત ઊર્જા વિનામૂલ્યે મળતી નથી. બલ્કે ઘણી મોંઘી પડે છે. આ સૌર ઉર્જાનું વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર કરવાની કાર્યક્ષમતા અત્યારે તો ઘણી ઓછી છે એટલા માટે તે મોંઘી પડે છે. બીજુ કે રાત્રે સૂર્યનો પ્રકાશ મળતો નથી તેમ જ વાદળછાયા આકાશ વખતે પણ સૂર્યનો પ્રકાશ ઓછો મળે છે.

સૌર ઉર્જાનું વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર કરવા માટેની સસ્તી અને કાર્યક્ષમ પદ્ધતિની શોધ કરવા વિજ્ઞાાન સતત મથામણ કરી રહેલ છે. દરમિયાનમાં દુનિયાના ઘણા દેશોએ સૌર ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવા મહત્વાકાંક્ષી આયોજન કર્યા છે. ભારત સહિતના જગતના દેશો વિદ્યુત ઉર્જાના પોતાના વિકાસ અંગે પુનઃ વિચાર કરવા લાગ્યા છે. જર્મનીએ તો પોતાના દેશમાં નવા ન્યુક્લિયર પાવર પ્લાન્ટ નહી સ્થાપવાનો નિર્ણય કર્યો છે. તેના બદલે સૌર ઊર્જા, પવન ઊર્જા, બાયોમાસ વગેરે પુનઃપ્રાપ્ય (રિન્યુએબલ) ઉર્જાના સ્ત્રોતનો મોટાપાયે ઉપયોગ કરવા વિચારેલ છે.  અલબત્ત આ નિર્ણય કેટલા અંશે પાળી શકાશે તે સામે પ્રશ્નાર્થ છે. પરંતુ એક વાત ચોક્કસ છે કે જગતના દેશો વિદ્યુત ઉર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે મહત્વકાંક્ષી યોજનાઓ બનાવી રહ્યા છે. ભારત સરકારની પણ મહત્વકાંક્ષી યોજનાઓ છે.

સૌર ઊર્જાનુ વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર કરવાની બે મુખ્ય પદ્ધતિઓ છે જેનો ઉપયોગ આજકાલ સૌર ઉર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે. એ છે કોન્સન્ટ્રેટેડ સોલર પાવર (CSP ) અને  ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ (PV).

પીવી (PV) એ એક નાનકડી વર્તુળાકાર ચકતી જેવી પ્રયુક્તિ છે. તે ટ્રાન્ઝિસ્ટરની જેમ અર્ધવાહક છે. અંગ્રેજીમાં તેને સેમિકન્ડક્ટર કહે છે. આપણે જાણીએ છીએ કે ધાતુઓ જેવા પદાર્થોમાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ સહેલાઈથી વહે છે. તે પદાર્થોને સુવાહકો કહે છે. જ્યારે લાકડા, રબ્બર, જેવા પદાર્થોમાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ વહેતો નથી. તેવા પદાર્થોને અવાહકો કહે છે. તે બંને વચ્ચે જે પદાર્થોની વાહકતા હોય છે તેવા પદાર્થોને અર્ધવાહકો કહે છે. આવા પદાર્થોમાં સિલિકોન, જર્મેનિયમ, ગેલિયમનો સમાવેશ થાય છે. ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ એ અર્ધવાહકથી બનેલી એવી પ્રયુક્તિ છે કે તેના પર સૂર્યપ્રકાશ આપાત થતા તેનું વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર કરે છે. આ કામ કરવાની રીત એ છે કે અર્ધવાહકથી બનેલા સૌર પીવી સેલ પ્રકાશને શોષી લે છે, જેનાથી તેની અંદરના ઈલેક્ટ્રોન છૂટા પડી જશે. આ છૂટક ઈલેક્ટ્રોન વહે છે, વિદ્યુત પ્રવાહ બને છે, અને આ પ્રવાહને પછી વાયરમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે, આમ સીધો વિદ્યુત પ્રવાહ (AC)ઉત્પન્ન થાય છે. આવા પીવી સેલ્સને શ્રેણીમાં જોડી તેની પેનલ બનાવવામાં આવે છે. આવી અનેક પેનલને મોટા વિસ્તારમા પાથરી ઉર્જા ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે. તેને માટે મોટો વિસ્તાર જોઈએ. તેને ફોટોવોલ્ટેઇક ફાર્મ કહે છે. 

બીજી પદ્ધતિમા CSP એ એક પરોક્ષ પદ્ધતિ છે જે વૈકલ્પિક પ્રવાહ (છભ) ઉત્પન્ન કરે છે. કેન્દ્રીત સૌર ઊર્જા અર્થાત કોન્સન્ટ્રેટેડ સોલાર પાવર (CSP )ની ડિઝાઇન સાદી છે. તેમાં પરવલયાકાર અરીસાઓ તેના પર પડતા સૂર્યના કિરણોને પરાવર્તન કરી સોલાર ટાવરમાં રહેલ તેલ અથવા સોડિયમ નાઇટ્રેટ અને પોટેશિયમ નાઇટ્રેટ જેવા  પ્રવાહી પર  કેન્દ્રિત કરે છે. તેથી તેનું તાપમાન વધીને લગભગ ૪૦૦ અંશ સેલ્સિયસ જેટલું થાય છે. આ ગરમીનો ઉપયોગ પાણીને ગરમ કરવામાં થાય છે. ગરમ પાણીમાંથી જે વરાળ ઉત્પન્ન થાય છે તેનો ઉપયોગ હીટ એન્જિન ચલાવવા અને ઇલેક્ટ્રિક જનરેટર ચલાવવા માટે થાય છે. આ પ્રયુક્તિમાં બે ભાગ હોય છે ઃ એક કે જે સૌર ઉર્જા એકઠી કરે છે અને તેને ગરમીમાં રૂપાંતરિત કરે છે, અને બીજો જે ગરમીની ઊર્જાને વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરે છે.આ જ રીતે થર્મલ વિદ્યુત ઉર્જા મથક અને ન્યુક્લિયર ઉર્જા મથકમાં વિદ્યુત ઉર્જા ઉત્પન્ન થતી હોય છે.

ફોટોવોલ્ટેઇક અસરનો ઉપયોગ નાના પાયાના વીજળી ઉત્પન્ન કરવા  માટે વધારે થાય છે, ત્યારે કોન્સન્ટ્રેટેડ સોલર પાવર (સીએસપી) દ્વારા મોટા પાયે સોલાર થર્મલ કેપ્ચરનો ઉપયોગ કરી સામાન્ય રીતે વીજળી ઉત્પાદન માટે થાય છે.

પરંપરાગત ઊર્જાના સ્ત્રોતોના ભાવવધારાએ CSP ના ઊર્જા મથકો સ્થાપવા તરફ ઉત્સાહિત કર્યા છે. ખનીજ તેલના ભાવ કુદકેને ભુસકે વધી રહ્યા છે. કુદરતી વાયુના ભાવ પણ એક દાયકા પહેલા હતા તેનાથી વધી ગયા છે. એ સંજોગોમાં વિકસિત અને વિકાસશીલ દેશોની સરકારો પુનઃપ્રાપ્ય ઊર્જાના સ્ત્રોતોનો ઉર્જા ઉત્પન્ન કરવા ઉપયોગ કરવા અથવા વાતાવરણમાં ઉમેરાતા કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને ગ્રીનહાઉસ વાયુઓનું ઉત્સર્જન મર્યાદિત કરવા આ પદ્ધતિ તરફ વળી રહ્યા છે. CSP ટેક્નોલોજી એ ઉર્જા ઉત્પાદનનો લીલો અને સ્વચ્છ સ્ત્રોત છે.

CSP પ્લાન્ટ્સમાંથી વીજળીના એકમ દીઠ લગભગ ૨૨ય જેટલુ કાર્બન ડાયોકસાઇડ ઉત્સર્જિત થાય છે, જોકે,  ભારતમાં કોલસા અને લિગ્નાઈટ આધારિત પાવર પ્લાન્ટ્સમાંથી વીજળીના એકમ દીઠ ૮૦૦-૧૦૦૦ય ડાયોકસાઇડ ઉત્સર્જનની  સરખામણીમાં આ ઉત્સર્જન નજીવું છે. બીજુ કે, કોલસા આધારિત થર્મલ પાવર પ્લાન્ટ્સ  વીજળી ઉત્પાદન માટે પ્રતિ MW કલાકે ૫-૭ કયુબીક મીટર પાણીનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યારે  CSP મા અરીસાની સપાટીને ઠંડુ કરવા અને ધોવા માટે વીજળી ઉત્પાદનના MW કલાક દીઠ  માત્ર  ૨-૩ કયુબીક મીટર પાણીનો ઉપયોગ થાય છે.

થર્મલ એનર્જી સ્ટોરેજ (ટીઇએસ) તકનીકવાળા સીએસપી પ્લાન્ટ, ઊર્જાનો સંગ્રહ કરી શકે છે, જેનો  ઉપયોગ દિવસ કે રાત અને વાદળછાયા વાતાવરણ દરમિયાન પણ થઈ શકે છે. સીએસપી એ અશ્મિ-ઇંધણ આધારિત કાર્બન ઉત્સર્જનને સરભર કરનારી આર્થિક રીતે કાર્યક્ષમ તકનીક છે.

PV પેનલ સૌર ઉર્જાનુ રૂપાંતરણ કરવા માટે ફક્ત સૂર્યના વર્ણપટના ફક્ત દ્રશ્યમાન ભાગનો જ  ઉપયોગ કરે છે. પરંતુ સૂર્યપ્રકાશમાં લગભગ અડધી ઊર્જા જ દ્રશ્યમાન છે અને બાકીની અડધી ઇન્ફ્રારેડ અથવા અલટ્રાવાયોલેટ છે.  CSP ની તકનીકમા પુરેપુરા વર્ણપટનો ઉપયોગ થાય છે.

આમ તો ભારતમાં  CSP પ્રોજેક્ટ્સ હેઠળ કુલ ૪૭૦ મેગાવોટ ઉર્જાના ઉત્પાદનનુ આયોજન કરવામાં આવ્યું હતું પરંતુ ૨૦૧૮ સુધીમાં કુલ આયોજિત ક્ષમતામાંથી માત્ર ૨૨૮.૫ મેગાવોટ જ  કાર્યરત છે.

આપણા દેશના રાજસ્થાન, ગુજરાત અને  તમિલનાડુ જેવા ઉચ્ચ સૌર વિકિરણ ધરાવતા રાજ્યોમાં CSP ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ કરી શકાય છે અને કુદરતી ગેસ, લિગ્નાઈટ અને કોલસા જેવા નવા અશ્મિ-બળતણ પાવર પ્લાન્ટને શરૂ કરવાને બદલે વૈકલ્પિક ઉર્જા સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે. પરંતુ CSP માંથી મોટા પ્રમાણમાં ઉર્જા મેળવવા માટે આપણે હજુ સફળ થઈ શક્યા નથી.