מהי אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית, איך היא נוצרת והשימושים שלה

נכון לעכשיו, אנרגיה בלתי מתחדשת הם נותרו המשמשים ביותר בעולם, כמו נפט, גז טבעי ופחם, המגיעים ממשאבים מוגבלים ויכולים להתרוקן עם הזמן. הביקוש לאנרגיה העולמית ממשיך לעלות, והשימוש במשאבים מאובנים אלו מתרחש בעיות סביבתיות חמורות, כגון זיהום אוויר ושינויי אקלים.

למרות הפנורמה הזו, האנרגיות המתחדשות הם צוברים מקום, ומציעים אלטרנטיבה נקייה ובת קיימא. טכנולוגיות כמו אנרגיה רוח, גיאותרמית, ביומסה וכמובן, אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית מתגלים כפתרון בר-קיימא לעמוד באתגרי האנרגיה של זמננו. במאמר זה, נדון בפירוט מהי אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית, כיצד הוא נוצר ומהם היישומים העיקריים שלו.

מהי אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית?

La אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית זה שהופך את אור השמש ישירות לתוך חשמל דרך ה אפקט פוטו-וולטאי. תהליך זה מתרחש הודות ל תאים סולאריים, שהם מכשירים שנעשו עם חומרים מוליכים למחצה, כגון סיליקון, המסוגל להמיר אנרגיית אור לחשמל.

המונח "פוטו-וולטאיקה" נובע מהמילים היווניות "צילום", שפירושן אור, ו"וולט", המתייחס ליחידת המדידה של חשמל. אנרגיה פוטו-וולטאית נחשבת לא רק לטכנולוגיה נקי ומתחדש, אבל גם אחת הקיימות ביותר בטווח הארוך. טכנולוגיה זו ממלאת תפקיד בסיסי במעבר למערכת אנרגיה נטולת פחמן, מטרה דחופה יותר ויותר בעולם.

El סיליקון זהו החומר העיקרי המשמש לייצור תאים סולאריים בשל השפע שלו על פני כדור הארץ ותכונותיו המוליכות למחצה. חומרים אחרים, כגון קדמיום טלוריד או selenio, משמשים גם בזנים מסוימים של תאים סולאריים.

כיצד נוצרת אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית?

אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית מבוססת על אפקט פוטואלקטרי. תופעה פיזיקלית זו מתרחשת כאשר כמות מסוימת של אנרגיית אור (הכלולה ב פוטונים) פוגע במשטח של חומר מוליך למחצה, כגון סיליקון, ומשחרר אלקטרונים. אלקטרונים אלו נלכדים על ידי מעגל חיצוני, ויוצר זרם חשמלי.

המכשירים שאחראים על תהליך זה הם תאים פוטו-וולטאיים, שנועדו למקסם את לכידת הפוטונים ולפיכך את ייצור החשמל. כאשר כמה מהמכשירים הללו מחוברים זה לזה, הם יוצרים את מה שאנו מכירים פאנלים סולאריים o מודולים פוטו וולטאיים.

ניתן לתאר את תהליך המרת האנרגיה בשלבים הבאים:

• אור השמש פוגע בתאים הפוטו-וולטאיים, ויוצר הבדל פוטנציאלי בין הצד הקדמי והאחורי של התא.
• ل אלקטרונים משוחררים הודות לאפקט הפוטואלקטרי, הם מתחילים לנוע דרך המעגל החיצוני, ויוצרים זרם חשמלי (בצורה של זרם ישר).
• לבסוף, הזרם הישר הופך ל זרם חילופין (CA) דרך מכשירים שנקראו משקיעים, המאפשר שימוש בו במכשירי חשמל ביתיים ותעשייתיים.

חשוב לציין כי היעילות של תאים פוטו-וולטאיים השתפרה כל הזמן, וכיום ניתן למצוא פאנלים עם יעילות גבוהה מ-20%, מה שאומר שיותר מ-20% מאור השמש הנקלט ניתן להמרה לאנרגיה חשמלית.

כמה פאנלים מתקדמים יותר, כמו אלה של שכבה דקה, הם משתמשים בחומרים אחרים מלבד סיליקון, כגון קדמיום טלוריד, המאפשר יצירת לוחות קלים וגמישים יותר. עם זאת, אלה עדיין בעלי יעילות מעט נמוכה יותר בהשוואה ללוחות סיליקון.

שימושים באנרגיה סולארית פוטו-וולטאית

לאנרגיה סולארית פוטו-וולטאית יש מספר יישומים הן ברמה הביתית והן ברמה התעשייתית, והרבגוניות שלו אפשרה להשתמש בו בכמה תחומים שלא ניתן היה להעלות על הדעת בעבר.

• יישומים ביתיים: מתקנים פוטו-וולטאיים על הגג מאפשרים לבתים להפיק את האנרגיה שלהם בעצמם, להפחית את עלויות חשבונות החשמל ולתרום לקיימות של הסביבה. סוגים אלה של יישומים בדרך כלל משלימים עם מערכות אחסון אנרגיה, כגון סוללות סולאריות, המאפשרים שימוש באנרגיה הנוצרת במהלך היום בלילה או בזמנים מעוננים.

• אנרגיה במקומות מרוחקים: פוטו-וולטאים הם אפשרות מצוינת לספק חשמל אזורים מבודדים או קשים לגישה, כאשר תשתיות חשמל קונבנציונליות אינן בר-קיימא או יקרות ביותר. זה כולל קהילות כפריות, מתקני התפלה ותחנות מחקר באזורי מדבר או קוטב.

• מערכות היברידיות: במקרים רבים, אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית משולבת עם מקורות אנרגיה אחרים, כגון כוח הרוח, יוצרות מערכות היברידיות המבטיחות אמינות וכושר ייצור גבוהים יותר.

בנוסף, לאנרגיה סולארית פוטו-וולטאית יש יישומים תעשייה אווירית, בהיותו מקור האנרגיה העיקרי ללוויינים ותחנות חלל. לוויינים רבים מצוידים בפאנלים סולאריים המאפשרים להם לפעול באופן אוטונומי במשך שנים, ומניעים את המערכות האלקטרוניות שלהם בחלל.

יתרונות וחסרונות של אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית

כמו כל טכנולוגיה, לאנרגיה סולארית פוטו-וולטאית יש גם יתרונות וגם חסרונות ביישום שלה. להלן, אנו מנתחים את היתרונות והחסרונות העיקריים של צורת אנרגיה זו.

• יתרונות:

• זה מקור אנרגיה לְנַקוֹת y מתחדשת, שאינו מייצר פליטת גזי חממה במהלך ייצור החשמל.
• אנרגיה סולארית היא שׁוֹפֵעַ והוא זמין כמעט בכל מקום בעולם, במיוחד באזורים עם קרינת שמש גבוהה.
• התקנות פוטו-וולטאיות דורשות מעט תחזוקה ויש להם א חיים שימושיים העולה על 25 שנים ברוב המקרים.

• חסרונות:

• מערכות פוטו-וולטאיות עדיין תלויות תנאים מטאורולוגיים, מה שיכול להגביל את יעילותו במקומות עם קרינת שמש נמוכה או בימים מעוננים.
• La לסירוגין של אנרגיה סולארית הוא אתגר, שכן ייצור אנרגיה מתרחש רק במהלך היום. עם זאת, ניתן להפחית בעיה זו עם מערכות אחסון אנרגיה.
• El עלות ראשונית של מתקנים פוטו-וולטאיים יכולים להיות גבוהים, אם כי המחירים ירדו משמעותית בשנים האחרונות.

המחקר וההתקדמות הטכנולוגית ימשיכו לשפר את היעילות והעלות של מערכות פוטו-וולטאיות, ויאפשרו להתגבר על רבים מהחסמים הנוכחיים. המעבר למודל אנרגיה נקי ובר-קיימא יותר כרוך בבירור בהרחבה של טכנולוגיה זו.

אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית היא כיום מציאות והשימוש בה ימשיך לגדול בשנים הקרובות, הן בשל השיפורים החיוניים בטכנולוגיה והן בשל תרומתה הבלתי מעורערת למאבק בשינויי האקלים ובקיימות העולמית.