אנרגיה פוטו-וולטאית (Photo-Voltaic Energy / PV) היא הטכנולוגיה הנפוצה ביותר כיום להפקת חשמל מאנרגיה סולארית, כל הפאנלים הסולאריים שניתן לראות על גגות מתקנים תעשייתיים ומסחריים בישראל הם למעשה מודולים פוטו-וולטאיים שפועלים בטכנולוגיה זו.
משמעות המונח אנרגיה פוטו-וולטאית היא אנרגיה חשמלית שמקורה באור השמש, כאשר התא הסולארי הבודד ממיר את קרינת השמש לזרם חשמלי, צירוף של הרבה תאים כאלו יוצר פאנל סולארי.
אנרגיה נקייה ומתחדשת
אנרגיה פוטו-וולטאית היא כמובן מקור אנרגיה נקייה לגמרי מבחינת יצור החשמל (ייצור הפאנל מצריך מן הסתם השקעת אנרגיה ושימוש בחומרי גלם) וגם מקור מתחדש.
התחום נמצא בחוד החנית של ייצור חשמל ואנרגיה ממקורות שאינם מזהמים ומתכלים כמו נפט, גז ופחם.
החשמל מיוצר על בסיס קליטת קרינת השמש, לכן אין פליטה של חומרים מזהמים בתהליך הייצור, אין שימוש בדלקים וכדומה, קרינת השמש אינה נגמרת ובכל זריחה הפאנל פשוט קולט עוד ממנה – כך שעל פניו מדובר על אנרגיה שמציעה רק יתרונות.
כיצד פועלת אנרגיה פוטו-וולטאית?
תא סולארי הפועל בטכנולוגיה של אנרגיה פוטו-וולטאית מייצר חשמל בעזרת מנגנון שלרוב כולל בעיקר סיליקון (צורן) שממיר את אור השמש למתח חשמלי, ללא חלקים נעים או חומרים מזהמים.
התא הסולארי מתפקד כדיודה, כאשר באמצעות שימוש בשתי שכבות דקות של סיליקון שעוברות תהליך מסוים (אילוח) שגורם לשכבה אחת להעביר אלקטרונים לשכבה השנייה כאשר אור שמש פוגע בתא.
העברת אלקטרונים זו שמתרחשת כל עוד קרינת השמש פוגעת בתא הפוטו-וולטאי יוצרת זרם חשמלי שניתן להעביר הלאה למצברים או לרשת החשמל הארצית – לאחר המרה.
אנרגיה פוטו-וולטאית מייצרת חשמל שבתור התחלה נוצר בצורה של זרם ישיר, אך רשתות החשמל פועלות על זרם חילופין ולכן לאחר הפאנלים הסולאריים צריכים לחבר ממיר זרם ומתח שממיר את הזרם לפורמט הנכון שיאפשר העברה של החשמל לרשת ההולכה הארצית או לשימוש עצמי במערכת החשמל של הבניין. כמו כן יש להמיר את המתח למתח המתאים, בישראל מדובר על מתח של 220.
יישומי הטכנולוגיה
אנרגיה פוטו-וולטאית קיימת כבר שנים רבות במגוון יישומים, נכון שרק בשנים האחרונות היא הפכה נפוצה יחסית בייצור חשמל אך למדע ידוע על השיטה כבר זמן רב מאוד.
היישומים של טכנולוגיית ניצול אנרגיה פוטו-וולטאית כוללים כמובן מערכות לייצור חשמל שמותקנות על גגות, שטחים קרקעיים, גגות של מכוניות ניסוי חשמליות, עמודי תאורה ואפילו שעונים וכדומה כיום.
מעבר לכך על לוויינים יש לוחות פוטו-וולטאיים שמייצרים אנרגיה המאפשרת להם לפעול במשך זמן רב מאוד בחלל, אפילו מחשבוני כיס פועלים באמצעות הטכנולוגיה הזו וישנם עוד שימושים ויישומים אחרים שמהותם זהה ואופן ניצול התאים שונה.
בעיית הנצילות
אמרנו קודם שעל פניו אנרגיה פוטו-וולטאית נראית כתחום שרק מציע יתרונות, זה נכון מבחינת זיהום אוויר, אי שימוש בדלקים פוסיליים מתכלים, ניצול מקור אנרגיה זמין, חינמי ומתחדש וכן הלאה. אך לייצור חשמל סולארי בעזרת אנרגיה פוטו-וולטאית יש גם בעייתיות שהיא מרכיב מהותי במה שמונע ממנה להפוך להרבה יותר משמעותית בייצור החשמל בעולם.
בעייתיות זו היא הנצילות הנמוכה של התאים הסולאריים בייצור החשמל. הנצילות היא אחוז שמתאר את סך ייצור החשמל מתוך כל קרינת השמש שהתא קולט.
שיפורים בטכנולוגיית ייצור התאים מקדמת אותנו כל הזמן לאחוזי נצילות גבוהים יותר, אך עדיין מדובר לרוב על פחות מ-20%, התאים הפשוטים והזולים יותר (ישנים יותר לרוב) מציעים נצילות חשמלית של כ-12% בלבד. כך שתחנת כוח פוטו-וולטאית ענקית צורכת המון שטח, עלותה גבוהה להתקנה אך ייצור החשמל שלה אינו גבוה מאוד.
עם זאת, הטכנולוגיה של ניצול אנרגיה פוטו-וולטאית כל הזמן משתפרת ועלויות הייצור יורדות בקמה מהיר מאוד, כך שאולי בעתיד התחום יהפוך ליעיל ומשמעותי יותר בייצור החשמל בעולם כחלופה לשיטות ייצור מזהמות ויקרות.
ראו גם:
מערכות פוטו וולטאיות סולאריות צפות
הגברת ניצולת מערכות סולאריות – על הפיתוח הישראלי "דויד" שפיתחה חברת סטפי
