ગુજરાતમાં સૌર ઊર્જાની ક્રાંતિ: મોટા પાયે ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર અને ટેકનોલોજીનું નવું વૈશ્વિક ફલક

સૌર ઊર્જા એ સૂર્યના પ્રકાશ અને ગરમીમાંથી મળતી વિકિરણ ઊર્જા (radiant energy) છે, જેને અત્યાધુનિક ટેકનોલોજીની મદદથી વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. પૃથ્વીના વાતાવરણના ઉપરના ભાગમાં ૧૭૪ પેટાવૉટ્સ (petawatts) જેટલું સૌર વિકિરણ સતત પ્રાપ્ત થાય છે. આમાંથી લગભગ ૩૦% ઊર્જા અવકાશમાં પાછી પરાવર્તિત થાય છે, જ્યારે બાકીની ૧૨૨ પેટાવૉટ્સ ઊર્જા વાદળો, મહાસાગરો અને જમીન દ્વારા શોષાય છે. આ ઊર્જા એટલી વિશાળ છે કે ૨૦૧૯ના આંકડા મુજબ, સૂર્યમાંથી પૃથ્વી પર માત્ર એક કલાક અને ૨૫ મિનિટમાં જેટલી ઊર્જા આવે છે, તે સમગ્ર વિશ્વના એક વર્ષના કુલ વપરાશ કરતા પણ વધારે છે. ઇન્ટરનેશનલ એનર્જી એજન્સીના ૨૦૧૧ના અહેવાલ મુજબ, સસ્તું અને અખૂટ સૌર ઊર્જાનું નિર્માણ દેશોની ઊર્જા સુરક્ષામાં વધારો કરે છે અને પ્રદૂષણ ઘટાડવામાં મદદરૂપ થાય છે.

સૌર ટેકનોલોજીને મુખ્યત્વે બે ભાગમાં વહેંચી શકાય છે: સક્રિય સૌર (active solar) અને નિષ્ક્રિય સૌર (passive solar). સક્રિય સૌર તકનીકોમાં ફોટોવોલ્ટેઇક (photovoltaic) સિસ્ટમ્સ, કોન્સન્ટ્રેટેડ સોલર પાવર (concentrated solar power) અને સોલર વોટર હીટિંગનો સમાવેશ થાય છે. આ પદ્ધતિઓ સૂર્યપ્રકાશને પકડીને તેને સીધી વીજળી અથવા ગરમીમાં ફેરવે છે. બીજી તરફ, નિષ્ક્રિય સૌર તકનીકોમાં ઇમારતોની એવી ડિઝાઇન બનાવવામાં આવે છે કે જે કુદરતી રીતે હવાના પરિભ્રમણને વેગ આપે અથવા ગરમીનો સંગ્રહ કરી શકે તેવા પદાર્થોનો ઉપયોગ કરે. આ પદ્ધતિઓ ઊર્જાની માંગ ઘટાડવામાં મદદ કરે છે, જ્યારે સક્રિય પદ્ધતિઓ ઊર્જાના પુરવઠામાં વધારો કરે છે. પૃથ્વી પર મોટાભાગની વસ્તી એવા વિસ્તારોમાં રહે છે જ્યાં દરરોજ ૩.૫ થી ૭.૦ kWh/m૨ જેટલું ઇન્સોલેશન (insolation) એટલે કે સૂર્યપ્રકાશનું પ્રમાણ ઉપલબ્ધ હોય છે.

સૌર ઊર્જાનો ઇતિહાસ ઘણો જૂનો અને રસપ્રદ છે. ૧૮૭૮માં પેરિસમાં ઓગસ્ટિન મૌચોટે સૌર વરાળ એન્જિનનું સફળ પ્રદર્શન કર્યું હતું, પરંતુ તે સમયે સસ્તો કોલસો ઉપલબ્ધ હોવાથી તેનો વિકાસ અટકી ગયો હતો. ત્યારબાદ ૧૮૯૭માં ફ્રેન્ક શુમન નામના અમેરિકન એન્જિનિયરે એક નાનું પ્રદર્શન એન્જિન બનાવ્યું જે ઈથર (ether) નામના રસાયણનો ઉપયોગ કરતું હતું, કારણ કે ઈથરનું ઉત્કલન બિંદુ પાણી કરતા ઓછું હોય છે. ૧૯૧૨ અને ૧૯૧૩ ની વચ્ચે, શુમને ઇજિપ્તના માદીમાં વિશ્વનું પ્રથમ સૌર તાપીય પાવર સ્ટેશન (solar thermal power station) બનાવ્યું હતું. આ પ્લાન્ટ નાઇલ નદીમાંથી મિનિટ દીઠ ૨૨,૦૦૦ લિટર પાણી પંપ કરીને કપાસના ખેતરોમાં પહોંચાડતો હતો. જોકે, પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ અને ૧૯૩૦ના દાયકામાં સસ્તા તેલની શોધને કારણે આ ટેકનોલોજીનો વિકાસ ફરી એકવાર ધીમો પડી ગયો હતો.

આધુનિક સમયમાં સૌર તાપીય ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ પાણી ગરમ કરવા, જગ્યા ગરમ કરવા અથવા ઠંડી કરવા અને ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ માટે થાય છે. સોલર વોટર હીટિંગ સિસ્ટમ્સ ૪૦ ડિગ્રી ઉત્તર અને ૪૦ ડિગ્રી દક્ષિણ અક્ષાંશ વચ્ચેના વિસ્તારોમાં ઘરગથ્થુ ગરમ પાણીની ૬૦ થી ૭૦% જરૂરિયાત પૂરી કરી શકે છે. ૨૦૧૫ સુધીમાં, વિશ્વમાં કુલ ૪૩૬ થર્મલ ગીગાવૉટ (GWth) ક્ષમતાના સોલર વોટર હીટર્સ સ્થાપિત કરવામાં આવ્યા હતા, જેમાં ચીન ૩૦૯ GWth સાથે વિશ્વમાં મોખરે છે. ઇઝરાયેલ અને સાયપ્રસ જેવા દેશોમાં ૯૦% થી વધુ ઘરોમાં આ સિસ્ટમનો ઉપયોગ થાય છે. આ ટેકનોલોજીમાં વેક્યુએટેડ ટ્યુબ કલેક્ટર્સ (evacuated tube collectors) સૌથી વધુ ૪૪% હિસ્સો ધરાવે છે.

સૌર ઊર્જાનો ઉપયોગ રસોઈ બનાવવા માટે પણ વ્યાપકપણે થઈ રહ્યો છે. સોલર કુકર્સને મુખ્યત્વે ત્રણ શ્રેણીમાં વહેંચવામાં આવે છે: બોક્સ કુકર, પેનલ કુકર અને રિફ્લેક્ટર કુકર. સૌથી સરળ બોક્સ કુકર સૌપ્રથમ ૧૭૬૭માં હોરેસ ડી સોસ્યોર દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું. આ કુકર ૯૦ થી ૧૫૦ ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધીનું તાપમાન મેળવી શકે છે. જ્યારે રિફ્લેક્ટર કુકર, જે અરીસાનો ઉપયોગ કરીને સૂર્યપ્રકાશને એક બિંદુ પર કેન્દ્રિત કરે છે, તે ૩૧૫ ડિગ્રી સેલ્સિયસથી પણ વધુ તાપમાન સુધી પહોંચી શકે છે. આ ઉપરાંત, ઉદ્યોગોમાં વરાળ અને ગરમ પાણી મેળવવા માટે પેરાબોલિક ડિશ અને ટ્રોફ (trough) જેવી ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. અમેરિકાના જ્યોર્જિયામાં સ્થિત સોલર ટોટલ એનર્જી પ્રોજેક્ટ (STEP) એ આનું એક ઉત્તમ ઉદાહરણ છે, જે કપડાની ફેક્ટરી માટે ૫૦% વીજળી અને ગરમી પૂરી પાડતું હતું.

વૈશ્વિક સ્તરે ઊર્જા ક્ષેત્રે આવેલું પરિવર્તન Engie SA જેવી મોટી કંપનીઓની વ્યૂહરચનામાં સ્પષ્ટપણે જોઈ શકાય છે. Engie એ ફ્રાન્સની એક બહુરાષ્ટ્રીય કંપની છે જેનું મુખ્ય મથક લા ડિફેન્સમાં છે. ૨૦૦૮માં Gaz de France અને Suez ના વિલીનીકરણથી બનેલી આ કંપનીએ ૨૦૧૪ થી તેની વ્યૂહરચનામાં મોટો ફેરફાર કર્યો છે. કંપનીએ કોલસા આધારિત પ્રોજેક્ટ્સમાંથી બહાર નીકળીને રિન્યુએબલ એનર્જી (renewable energy) એટલે કે પુનઃપ્રાપ્ય ઊર્જામાં ભારે રોકાણ કરવાનું નક્કી કર્યું છે. ૨૦૧૫માં Engie એ સોલેરડાયરેક્ટ (Solairedirect) નામની કંપનીનો ૯૫% હિસ્સો ખરીદ્યો હતો, જેનાથી તેની ફોટોવોલ્ટેઇક ઉત્પાદન ક્ષમતા ૧૨૫ મેગાવૉટથી વધીને ૪૮૬ મેગાવૉટ થઈ ગઈ હતી.

Engie ની નવી વ્યૂહરચના ત્રણ સ્તંભો પર આધારિત છે: ડીકાર્બોનાઇઝ્ડ એનર્જી (decarbonized energy), વિકેન્દ્રિત ઊર્જા (decentralized energy) અને ડિજિટાઇઝ્ડ એનર્જી (digitized energy). કંપનીએ ૨૦૧૬ થી ૨૦૧૮ વચ્ચે કોલસા અને તેલના એસેટ્સ વેચીને ૧૫ અબજ યુરોનું નવું રોકાણ રિન્યુએબલ એનર્જી અને એનર્જી એફિશિયન્સી સેવાઓમાં કર્યું છે. ૨૦૨૨ ના આંકડા મુજબ, Engie વિશ્વભરમાં ૯૬,૪૫૪ કર્મચારીઓ ધરાવે છે અને તેની વાર્ષિક આવક ૯૩.૮૬ અબજ યુરો છે. કંપનીએ 'Engie Digital' અને 'Engie Fab' જેવી સંસ્થાઓ બનાવી છે જે સ્માર્ટ ગ્રીડ, ઇન્ટરનેટ ઓફ થિંગ્સ (IoT) અને હાઇડ્રોજન જેવી નવી ટેકનોલોજી પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે.

ભારત અને ખાસ કરીને ગુજરાતમાં સૌર ઊર્જાના મોટા પ્રોજેક્ટ્સ માટે જમીનની ઉપલબ્ધતા એક મહત્વનું પાસું છે. ૨૦૨૧ના કાર્બન ટ્રેકર ઇનિશિયેટિવના અંદાજ મુજબ, જો વિશ્વની તમામ ઊર્જા જરૂરિયાતો માત્ર સૌર ઊર્જાથી પૂરી કરવી હોય, તો ૪૫૦,૦૦૦ ચોરસ કિલોમીટર જમીનની જરૂર પડે, જે મોરોક્કો અથવા કેલિફોર્નિયાના કુલ વિસ્તાર જેટલી છે. આ પૃથ્વીની કુલ જમીનના માત્ર ૦.૩% જેટલો જ ભાગ છે. ગુજરાત જેવા રાજ્યોમાં જ્યાં સૂર્યપ્રકાશ વિપુલ પ્રમાણમાં ઉપલબ્ધ છે, ત્યાં આવા મોટા પાયાના ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર પ્રોજેક્ટ્સ ઊર્જાના ક્ષેત્રમાં આત્મનિર્ભરતા લાવી શકે છે. સંયુક્ત રાષ્ટ્રના અહેવાલ મુજબ, સૌર ઊર્જાની વૈશ્વિક ક્ષમતા વાર્ષિક ૧,૬૦૦ થી ૪૯,૮૦૦ એક્સાજ્યુલ્સ (exajoules) જેટલી છે, જે માનવજાતની જરૂરિયાતો કરતા અનેકગણી વધારે છે.

નિષ્ક્રિય સૌર ટેકનોલોજીમાં ઇમારતોની અંદર તાપમાન જાળવવા માટે થર્મલ માસ (thermal mass) નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. પથ્થર, સિમેન્ટ અને પાણી જેવા પદાર્થો દિવસ દરમિયાન ગરમી શોષી લે છે અને રાત્રે તેને મુક્ત કરે છે, જેનાથી ઇમારત કુદરતી રીતે ઠંડી કે ગરમ રહે છે. સોલર ચિમની (solar chimney) પણ એક આવી જ નિષ્ક્રિય સિસ્ટમ છે, જે ગરમ હવાને ઉપર ખેંચીને ઇમારતમાં કુદરતી વેન્ટિલેશન પૂરું પાડે છે. આ ઉપરાંત, પાનખર વૃક્ષો (deciduous trees) પણ કુદરતી તાપમાન નિયંત્રક તરીકે કામ કરી શકે છે. ઉનાળામાં તેના પાંદડા છાંયો આપે છે, જ્યારે શિયાળામાં પાંદડા ખરી જવાથી સૂર્યપ્રકાશ સીધો ઇમારત પર પડે છે. આ બધી પદ્ધતિઓ આધુનિક આર્કિટેક્ચરમાં ઊર્જા બચાવવા માટે ખૂબ જ અસરકારક સાબિત થઈ રહી છે.

ભવિષ્યમાં સૌર ઊર્જા માત્ર વીજળી પૂરતી મર્યાદિત નહીં રહે, પરંતુ તે હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન અને ગ્રીન મોબિલિટીમાં પણ મહત્વનો ભાગ ભજવશે. Engie જેવી કંપનીઓ હવે બેટરી સ્ટોરેજ ક્ષેત્રે પણ આગળ વધી રહી છે, જેમ કે તેમણે ૨૦૨૩માં હ્યુસ્ટન સ્થિત બ્રોડ રીચ પાવર કંપની ખરીદી છે. જેમ જેમ ટેકનોલોજી સસ્તી થતી જશે અને કાર્યક્ષમતા વધશે, તેમ તેમ સૌર ઊર્જા અશ્મિભૂત ઇંધણ (fossil fuels) નો મજબૂત વિકલ્પ બનીને ઉભરશે. પૃથ્વી પર ઉપલબ્ધ આ અખૂટ ઉર્જા સ્ત્રોતનો યોગ્ય ઉપયોગ જ આવતીકાલની ઊર્જા સુરક્ષાની ચાવી છે.