אנרגיה פוטו-ולטאית

בשנים האחרונות העולם מבין בצורה הולכת וגוברת שקיים צורך מהותי למציאת מקורות אנרגיה חדשים שיענו על הביקוש ההולך ומתעצם ללא זיהום סביבתי ושאר ההשלכות השליליות שמתלוות לייצור אנרגיה מדלקים פוסיליים.

אחד התחומים המרכזיים מבחינת יצור אנרגיה ממקורות מתחדשים הוא אנרגיה פוטו-ולטאית. ניתן לרתום את כוחה של השמש לייצור חשמל בשתי דרכים עיקריות – אנרגיה פוטו-ולטאית או אנרגיה תרמו סולארית, כאשר התחום הפוטו-ולטאי מיושם בעזרת הפאנלים הסולאריים שרואים על גגות ושאר מתקני ייצור.

היקפי ייצור זעירים ביחס לביקוש

למרות המודעות הגבוהה לצורך בייצור חשמל ממקורות אנרגיות מתחדשות, אנרגיה פוטו-ולטאית ושאר האנרגיות המתחדשות מהוות חלק מזערי בלבד מסך ייצור החשמל בעולם.

רוב החשמל בעולם מיוצר מפחם וגז ולמרות העלייה העקבית בשימוש במקורות סולאריים, גיאו-תרמיים, הידרו-אלקטריים ובאנרגיית רוח עדיין זה לא מספיק.

מבחינת אנרגיה פוטו-ולטאית הבעיה היא גם עלויות הקמה גבוהות של תחנות כוח גדולות ובעיקר נושא הנצילות שעדיין מצריך שיפור אדיר.

הנצילות מהווה את כמות החשמל שמיוצרת מכל פאנל סולארי על בסיס קרינת שמש וניצול תא שטח – שיא הנצילות של תאים פוטו-ולטאיים יכול להגיע כיום רק לכ-40%-50% ולרוב מדובר על פחות מכך – ממוצע התעשייה הוא 12%-18% בלבד.

אנרגיה פוטו-ולטאית

אנרגיה פוטו-ולטאית מהווה רק כ-0.5% מסך החשמל המיוצר בעולם, במספרים מדובר  על ייצור של כ-68,000 מגה-וואט. מעל 100 מדינות עושות שימוש במערכות פוטוולטאיות לייצור חשמל, עם מערכות מסוגים וגדלים שונים.

יישום הטכנולוגיה

אנרגיה פוטו-ולטאית ממירה את קרינת השמש לחשמל בזרם ישר (DC) באמצעות תאים פוטו-ולטאיים מיוחדים העשויים מוליכים למחצה, בעיקר סיליקון במבנים שונים וגם חומרים אחרים בחלק מהמקרים.

תאים אלו מחוברים יחד במסגרת פאנל סולארי שנקרא מודול פוטו-ולטאי. הטכנולוגיה עובדת כך שהתאים הסולאריים הנמצאים בפאנלים קולטים את קרינת השמש ובעיקר את הפוטונים ממנה, בעזרת הסיליקון מתקיים תהליך שבו נפלטים החוצה אלקטרונים חופשיים טעונים שלילית שמייצרים זרם חשמלי הזורם בכיוון אחד החוצה מהמערכת. החשמל המיוצר הוא בזרם ישר ולכן יש לרוב להמירו לזרם חלופין (AC) באמצעות ממירי מתח וזרם.

חשמל סולארי המיוצר בעזרת אנרגיה פוטוולטאית יכול לזרום ישר לרשת ההולכת הארצית של חברת החשמל והוא יכול גם להיאגר במצברים ואמצעים אחרים.

למעשה כל מה שצריך זה שטח פנוי כמו גג גדול, שטח פתוח וריק וכן הלאה וכמובן כמות טובה של קרינת שמש לאורך השנה.

חשוב לציין כי למרות שמדבריות הם על פניו אידיאליים, לחום הרב יש השפעה שלילית על נצילות הפאנלים הסולאריים ולכן בישראל למשל הפאנלים יותר יעילים בצפון.

מבחינת הפאנלים הפוטו-ולטאיים עצמם כיום יש כמה סוגים עיקריים שלכל אחד עלות שונה ונצילות (יעילות ייצור חשמל) שונה. יש פאנלים מסיליקון רב גבישי (פולי-קריסטליין) או סיליקון חד גבישי (מונו-קריסטליין) שמציעים נצילות נמוכה יחסית ועלות זולה ביחס לאחרים.

הדור החדשני והיעיל יותר של פאנלים ליישום אנרגיה פוטו-ולטאית הם פאנלים מסוג Thin Film (שכבות דקות) שמגיעים במבנה גמיש עם גבישי סיליקון אמורפיים או במבנה קשיח, פאנלים אלו מציעים נצילות גבוהה משמעותית מהסוגים הותיקים יותר ועלותם גבוהה יותר.

היבטים כלכליים ועתיד התחום

בעבר התקנת מערכת אנרגיה פוטו-ולטאית הייתה יקרה מאוד, גם כיום העלויות אינם מבוטלות אך הודות להתקדמות טכנולוגית מהותית בתחום וכניסת מתחרים רבים לשוק כך שהיקפי הייצור של הפאנלים עלו העלויות ממש צנחו בשנים האחרונות.

במדינות מסוימות עלות ייצור חשמל מאנרגיה פוטו-ולטאית הגיעה כבר לרמת העלויות של ייצרו חשמל באמצעים "רגילים" של שימוש בדלקים.

ממשלות שונות נוקטות בתמריצים שונים לעידוד השקעות בתחום הסולארי, בישראל למשל מציעים תעריפי ייצור מיוחדים וגבוהים למתקיני מערכות אנרגיה פוטו-ולטאית.

ארגונים הפעילים בתחום טוענים כי העתיד של האנרגיה הפוטוולטאית מבטיח וימשיך להתפתח, שיור היעילות והוזלת המערכות תתרום לכך מהותית.

ראו גם:

מערכות פוטו וולטאיות סולאריות צפות

אנרגיה הידראולית