סולאר הסביר על פוטו-וולטאים וחשמל

תאים פוטו-וולטאיים ממירים את אור השמש לחשמל

תא פוטו-וולטאי (PV), הנקרא בדרך כלל תא סולארי, הוא מכשיר לא מכני הממיר את אור השמש ישירות לחשמל. חלק מתאי PV יכולים להמיר אור מלאכותי לחשמל.

פוטונים נושאים אנרגיית שמש

אור השמש מורכב מפוטונים, או חלקיקים של אנרגיה סולארית. פוטונים אלה מכילים כמויות שונות של אנרגיה התואמות את אורכי הגל השונים של ה

א

זרימת החשמל

תנועת האלקטרונים, שכל אחד מהם נושא מטען שלילי, לעבר המשטח הקדמי של התא יוצרת חוסר איזון של המטען החשמלי בין המשטחים הקדמיים והאחוריים של התא. חוסר איזון זה, בתורו, יוצר פוטנציאל מתח כמו הדקים השליליים והחיוביים של הסוללה. מוליכים חשמליים על התא סופגים את האלקטרונים. כאשר המוליכים מחוברים במעגל חשמלי לעומס חיצוני, כמו סוללה, זורם חשמל במעגל.

היעילות של מערכות פוטו-וולטאיות משתנה לפי סוג הטכנולוגיה הפוטו-וולטאית

היעילות שבה תאי PV ממירים את אור השמש לחשמל משתנה לפי סוג החומר המוליך למחצה וטכנולוגיית תאים PV. היעילות של מודולי PV הזמינים מסחרית הייתה פחות מ-10% בממוצע באמצע שנות ה-80, עלתה לכ-15% עד 2015, וכעת היא מתקרבת ל-20% עבור מודולים חדישים. תאי PV ניסויים ותאי PV עבור שווקי נישה, כגון לווייני חלל, השיגו כמעט 50% יעילות.

כיצד פועלות מערכות פוטו-וולטאיות

תא ה-PV הוא אבן הבניין הבסיסית של מערכת PV. תאים בודדים יכולים להשתנות בגודל של כ-0.5 אינץ' ל-4 אינצ'ים לערך. עם זאת, תא אחד מייצר רק 1 או 2 וואט, וזה מספיק חשמל עבור שימושים קטנים, כגון עבור מחשבונים או שעוני יד.

תאי PV מחוברים חשמלית במודול PV או פאנל ארוז, אטום למזג האוויר. מודולי PV משתנים בגודלם ובכמות החשמל שהם יכולים לייצר. קיבולת ייצור החשמל של מודול PV עולה עם מספר התאים במודול או בשטח הפנים של המודול. ניתן לחבר מודולי PV בקבוצות ליצירת מערך PV. מערך PV יכול להיות מורכב משניים או מאות מודולים PV. מספר מודולי ה-PV המחוברים במערך PV קובע את כמות החשמל הכוללת שהמערך יכול לייצר.

תאים פוטו-וולטאיים מייצרים חשמל בזרם ישר (DC). ניתן להשתמש בחשמל DC זה כדי לטעון סוללות אשר, בתורן, מפעילות מכשירים המשתמשים בזרם ישר. כמעט כל החשמל מסופק כזרם חילופין (AC) במערכות הולכה והפצה של חשמל. התקנים נקראו

תאים ומודולים PV ייצרו את הכמות הגדולה ביותר של חשמל כאשר הם פונים ישירות לשמש. מודולים ומערכים PV יכולים להשתמש במערכות מעקב שמזיזות את המודולים כך שיפנו כל הזמן לשמש, אך מערכות אלו יקרות. לרוב מערכות ה-PV יש מודולים במיקום קבוע כשהמודולים פונים ישירות דרומה (בחצי הכדור הצפוני - ישירות צפונה בחצי הכדור הדרומי) ובזווית המייעלת את הביצועים הפיזיים והכלכליים של המערכת.

תאים פוטו-וולטאיים סולאריים מקובצים בפאנלים (מודולים), וניתן לקבץ את הפאנלים למערכים בגדלים שונים כדי לייצר כמויות קטנות עד גדולות של חשמל, כמו למשל להנעת משאבות מים למי משק חי, לאספקת חשמל לבתים או לשירותים- ייצור חשמל בקנה מידה.

מקור: המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (מוגנת בזכויות יוצרים)

יישומים של מערכות פוטו-וולטאיות

מחשבוני חשמל ושעוני יד של מערכות פוטו-וולטאיות הקטנות ביותר. מערכות גדולות יותר יכולות לספק חשמל לשאיבת מים, להנעת ציוד תקשורת, לאספקת חשמל לבית או לעסק בודד, או ליצור מערכים גדולים המספקים חשמל לאלפי צרכני חשמל.

כמה יתרונות של מערכות PV הם

⢠מערכות PV יכולות לספק חשמל במקומות שבהם לא קיימות מערכות חלוקת חשמל (קווי חשמל), והן יכולות גם לספק חשמל ל
⢠מערכי PV ניתנים להתקנה במהירות ויכולים להיות בכל גודל.
â¢ההשפעות הסביבתיות של מערכות PV הממוקמות על מבנים מינימליות.

מקור: המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (מוגנת בזכויות יוצרים)

מקור: המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (מוגנת בזכויות יוצרים)

היסטוריה של הפוטו-וולטאים

תא ה-PV המעשי הראשון פותח ב-1954 על ידי חוקרי בל טלפון. החל מסוף שנות ה-50, נעשה שימוש בתאי PV להפעלת לווייני החלל של ארה"ב. עד סוף שנות ה-70, לוחות PV סיפקו חשמל בשלט רחוק, או

מינהל המידע האמריקאי לאנרגיה (EIA) מעריך שהחשמל שנוצר בתחנות כוח PV בקנה מידה שירות גדל מ-76 מיליון קילוואט-שעה (קוט"ש) ב-2008 ל-69 מיליארד (קוט"ש) ב-2019. לתחנות כוח בקנה מידה שירות יש לפחות 1,000 קילוואט (או מגה וואט אחד) של כושר ייצור חשמל. EIA מעריכה כי 33 מיליארד קוט"ש נוצרו על ידי מערכות PV בקנה מידה קטן המחוברות לרשת ב-2019, לעומת 11 מיליארד קוט"ש בשנת 2014. מערכות PV בקנה מידה קטן הן מערכות בעלות יכולת ייצור חשמל של פחות ממגה וואט אחד. רובם ממוקמים על בניינים ונקראים לפעמים