אגירת אנרגיה סולארית הפכה לנושא חיוני ומרכזי בעידן בו אנו מנסים למצוא פתרונות לאספקת אנרגיה נקייה, מתחדשת ומהימנה. עם ההתפתחות המואצת של טכנולוגיות האנרגיה הסולארית, יכולת האגירה של אנרגיה זו הופכת לאבן פינה חשובה בתשתית האנרגטית העתידית.
נכון להיום, אנרגיה סולארית מספקת כ-2.8% מסך צריכת החשמל בעולם, וצפויה להגיע ליעד של 13% עד שנת 2030 על פי תחזיות של הסוכנות הבין-לאומית לאנרגיה. עם זאת, כדי לנצל באופן מלא את הפוטנציאל העצום של אנרגיה סולארית, יש צורך בפיתוח יכולות אגירה מתקדמות שיאפשרו להתמודד עם השינויים בהיצע והביקוש לחשמל סולארי במהלך היממה ובין עונות השנה.
ישנן מגוון שיטות וטכנולוגיות לאגירת אנרגיה סולארית, כל אחת עם היתרונות והחסרונות שלה. מבין השיטות הנפוצות ניתן למנות את אגירה באמצעות בטריות ליתיום-יון, אגירה תרמית, אגירה באמצעות דחיסת אוויר, שאיבת מים למאגרים, אגירה בצורת הידרוגן ועוד. כל שיטה מתאימה לסוגי יישומים ומאפיינים ספציפיים, ועל כן חשוב להבין את היתרונות והחסרונות של כל טכנולוגיה על מנת לבחור את הפתרון המתאים ביותר.
בפוסט זה נסקור את המגוון הרחב של טכנולוגיות אגירת אנרגיה סולארית, את יישומיהן השונים ואת הפוטנציאל העתידי של תחום זה. נעמיק בהבנת היתרונות והחסרונות של כל טכנולוגיה, ונספק נתונים סטטיסטיים ועובדות מעבר למידע הבסיסי, על מנת להעניק תמונה מקיפה ומעמיקה ביותר בנושא אגירת אנרגיה סולארית.
אגירה באמצעות בטריות ליתיום-יון
בטריות ליתיום-יון הן אחת הטכנולוגיות המוכרות והנפוצות ביותר לאגירת אנרגיה סולארית. על פי נתוני הסוכנות הבין-לאומית לאנרגיה, בשנת 2022 תפסו בטריות ליתיום-יון כ-90% משוק אגירת האנרגיה הגלובלי, המוערך בכ-200 מיליארד דולר. צפי הוא שהשוק יגדל פי 4 עד שנת 2030, להיקף של כ-800 מיליארד דולר.
היתרונות העיקריים של בטריות ליתיום-יון לאגירת אנרגיה סולארית הם צפיפות אנרגיה גבוהה, יעילות טעינה ופריקה גבוהה, אורך חיים משמעותי ויכולת לספק הספק גבוה. כמו כן, הן מאופיינות בטביעת רגל סביבתית נמוכה יחסית לטכנולוגיות אגירה אחרות.
עם זאת, בטריות אלו עדיין ניצבות בפני אתגרים כגון עלות גבוהה יחסית, תחזוקה מורכבת, ותלות בחומרי גלם נדירים כמו ליתיום וקובלט. החוקרים והחברות העוסקות בתחום פועלים כעת לפתח דורות חדשים של בטריות ליתיום-יון שיהיו זולות, בטוחות ויעילות יותר.
לדוגמה, בתחום הפיתוח של בטריות ליתיום-יון ניתן למנות את החברה הסינית CATL, המובילה בשוק, אשר הציגה לאחרונה בטריית ליתיום-נירוס שמציעה צפיפות אנרגיה גבוהה ב-13% לעומת הדור הקודם, עלות נמוכה ביותר ו-20 שנות אחריות. חברות נוספות כמו Tesla, LG Chem ו-BYD גם מפתחות דורות חדשים של בטריות ליתיום-יון המיועדות לשימושים באגירת אנרגיה סולארית.
אגירה באמצעות בטריות זרם זרימה
בטריות זרם זרימה (flow batteries) הן טכנולוגיה מבטיחה נוספת לאגירת אנרגיה סולארית. בשיטה זו, האנרגיה אגורה בצורת חומרים כימיים מומסים במיכלים נפרדים, במקום באלקטרודות מוצקות כמו בבטריות ליתיום-יון.
היתרונות העיקריים של בטריות זרם זרימה הם יכולת אגירה גדולה, חיי שירות ארוכים, עלות נמוכה יותר וטביעת רגל סביבתית קטנה יותר בהשוואה לבטריות ליתיום-יון. כמו כן, הן מאפשרות ניפרדות בין הספק לקיבולת, כך שניתן להתאים את המערכת לדרישות ספציפיות.
על פי הערכות, בשנת 2022 עמד שוק בטריות זרם זרימה על כ-2 מיליארד דולר, והוא צפוי לגדול בקצב שנתי ממוצע של כ-20% עד שנת 2030, להיקף של כ-8 מיליארד דולר. הטכנולוגיה מיושמת בעיקר בפרויקטים מסחריים ותעשייתיים בקנה מידה גדול, אך גם החלה להיכנס למגזר הביתי והקהילתי.
עם זאת, בטריות זרם זרימה עדיין מתמודדות עם חסרונות כמו נצילות נמוכה יחסית, עלות התקנה גבוהה ומורכבות תפעולית. החוקרים ממשיכים לפתח דורות חדשים של בטריות זרם זרימה המתמודדים עם אתגרים אלה, תוך שיפור היעילות, הבטיחות והעלות.
לדוגמה, החברה האמריקאית ESS Inc. פיתחה בטריית זרם זרימה המבוססת על ברזל וחומצה, המציעה נצילות של עד 85%, עלות נמוכה יחסית והספק גבוה. חברות נוספות כמו Redflow, Vionx Energy ו-ViZn Energy Systems גם פועלות בתחום זה.
אגירה באמצעות עמודות אדמה
אחת השיטות המעניינות לאגירת אנרגיה סולארית היא באמצעות עמודות אדמה (earth batteries). בשיטה זו, אנרגיה חשמלית מופקת על-ידי פריקה של מערכת של מצברים הקבורים בעומק האדמה, תוך ניצול ההבדלים בטמפרטורה בין פני השטח לעומק הקרקע.
הרעיון הוא לנצל את העובדה שבעומק הקרקע הטמפרטורה יציבה יחסית, בעוד שבפני השטח היא משתנה בהתאם לתנאי מזג האוויר. על-ידי יצירת מעגל חשמלי בין שני אזורים בעלי טמפרטורות שונות, ניתן ליצור זרם חשמלי ולאחסן אנרגיה.
יתרונות העמודות האלה כוללים עלות נמוכה, זמינות גבוהה של חומרי גלם והיעדר שימוש בחומרים רעילים או מזיקים לסביבה. אולם, יעילות האגירה עדיין נמוכה יחסית, והטכנולוגיה דורשת שטח גדול להטמנת העמודות. החוקרים ממשיכים לפתח שיטות להעלאת היעילות ולהקטנת ההשפעה הסביבתית.
למשל, פרויקט בהנחייתו של פרופ' גדעון אייזנברג מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב חוקר שיטות להגברת היעילות של עמודות האדמה באמצעות שימוש בחומרים מבודדים ובקרה אלקטרונית מתקדמת.
אגירה באמצעות חומרים מוצקים
טכנולוגיה נוספת לאגירת אנרגיה סולארית היא באמצעות חומרים מוצקים, כגון סלעים, בטון או חרסינה. במערכות אלו, האנרגיה נאגרת בצורת חום תרמי במבנים או מכלים מבודדים היטב.
היתרון העיקרי של טכנולוגיה זו הוא עלות נמוכה יחסית של חומרי הגלם והתשתית, לצד פשטות התפעול והתחזוקה. כמו כן, יכולת האגירה אינה מוגבלת על-ידי מחזורי טעינה/פריקה כמו בבטריות.
על פי דו"ח של החברה McKinsey, שוק האגירה בחומרים מוצקים צפוי לגדול בקצב שנתי של כ-20% בין השנים 2022-2030, להיקף של כ-15 מיליארד דולר עד סוף העשור. חלק ניכר מהפיתוחים בתחום זה מתמקדים בשיפור יעילות האגירה והפריקה של האנרגיה החשמלית.
למשל, חברת Malta Inc. האמריקאית מפתחת מערכת אגירה תרמית המבוססת על חומרי בנייה מבוססי מלח, המיועדת ליישומים בקנה מידה גדול במשק החשמל. כמו כן, חברות כמו Thermal Energy Storage Technologies ו-Siemens Gamesa פועלות בתחום הבטון והסלעים לאגירת חום לחשמול.
אגירה באמצעות מלחים
טכנולוגיית אגירה נוספת מבוססת על מלחים אנאורגניים, אשר יכולים לאחסן אנרגיה בצורת חום סמוי. בתהליך זה, ההפרדה והתמזגות של מולקולות המלח בזמן התכה והקיפוא משחררת או קולטת אנרגיה בהתאמה.
יתרונות השימוש במלחים לאגירת אנרגיה כוללים עלות נמוכה, יעילות אגירה גבוהה, חיי שירות ארוכים והיעדר התבלות. המלחים יכולים לשמש כמצברי חום המאפשרים אגירה ארוכת טווח של אנרגיה סולארית עודפת לשימוש בשעות שאין שמש.
על פי הערכות, שוק האגירה באמצעות מלחים צפוי לגדול בקצב שנתי של כ-12% בשנים 2022-2030, להיקף של כ-3 מיליארד דולר בסוף העשור. חלק ניכר מהפעילות מתרכז בפיתוח מלחים חדשים בעלי צפיפות אנרגיה גבוהה יותר ויכולת אגירה משופרת.
לדוגמה, חברת Rubitherm מפתחת מערכות אגירה תרמית המבוססות על מלחים אלי-הידרטיים, המאופיינים ביציבות גבוהה ויעילות אגירה של עד 75%. חברות נוספות כמו SaltX Technology ו-Cristopia Energy Systems גם פועלות בתחום המלחים לאגירת אנרגיה סולארית.
אגירה באמצעות גרפן
טכנולוגיית אגירה חדשנית נוספת היא באמצעות גרפן – חומר פחמני דו-ממדי בעל תכונות ייחודיות. גרפן מציע פוטנציאל עבור אגירת אנרגיה במצברים ובסופר-קבלים בזכות מאפייניו כגון צפיפות אנרגיה גבוהה, מוליכות חשמלית וחום גבוהות, ועמידות מכנית.
החוקרים פיתחו מצברים ליתיום-גרפן המציעים צפיפות אנרגיה גבוהה בכ-40-60% מבטריות ליתיום-יון רגילות, תוך שיפור משמעותי בביצועים, בטיחות ובעלות. כמו כן, סופר-קבלים מבוססי גרפן מאפשרים אגירת אנרגיה בצפיפות גבוהה ויכולת פריקה מהירה לשימושים כגון תחנות טעינה לרכבים חשמליים.
על פי הערכות, השוק העולמי של מצברים ובטריות מבוססי גרפן צפוי לגדול מ-115 מיליון דולר בשנת 2022 לכ-1.2 מיליארד דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-35%. חברות מובילות בתחום כוללות את Ionic Materials, Nou Wave ו-Graphene Manufacturing Group.
אתגרים טכנולוגיים כגון עלות ייצור גבוהה, יציבות מוגבלת והאתגרים בייצור בקנה מידה גדול עדיין נותרים, אך החוקרים והחברות ממשיכים לפתח פתרונות מתקדמים לשילוב גרפן באגירת אנרגיה סולארית.
אגירה באמצעות סופר-קבלים
סופר-קבלים הם התקנים המסוגלים לאחסן כמויות גדולות של אנרגיה חשמלית באופן קומפקטי ויעיל. טכנולוגיה זו הופכת למרכזית בתחום אגירת אנרגיה סולארית, בשל יכולתם להספק גבוה, טעינה מהירה ואורך חיים ארוך.
סופר-קבלים מסוגלים להיטען ולהיפרק במהירות רבה, בהשוואה לבטריות רגילות. כמו כן, הם מאופיינים בצפיפות אנרגיה גבוהה, עמידות מכנית ותפעול יציב. יתרונות אלה הופכים אותם לפתרון אידאלי לאגירת אנרגיה סולארית עודפת לשימוש בשעות הביקוש הגבוה.
על פי הערכות, שוק הסופר-קבלים לאגירת אנרגיה צפוי לגדול מ-1.2 מיליארד דולר בשנת 2022 לכ-4.5 מיליארד דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-20%. חברות מובילות בתחום כוללות Maxwell Technologies, Skeleton Technologies ו-Ioxus.
עם זאת, עלויות ייצור גבוהות והצורך בפיתוח טכנולוגיות ייצור מתקדמות עדיין מהווים אתגרים משמעותיים לשילוב נרחב של סופר-קבלים במערכות אגירת אנרגיה סולארית. החוקרים והחברות ממשיכים לעבוד על פתרונות להתמודדות עם אתגרים אלה.
אגירה באמצעות מנועי חשמל
טכנולוגיה נוספת לאגירת אנרגיה סולארית היא באמצעות מנועי חשמל המשמשים כגלגלי תנופה. במערכת זו, עודפי אנרגיה סולארית משמשים להעלאת מהירות סיבוב של מנוע חשמלי, המאגר את האנרגיה הפוטנציאלית הנוצרת. בשעות הביקוש הגבוה, המנוע פועל כגנרטור ומייצר חשמל חזרה לרשת.
היתרונות העיקריים של אגירה באמצעות מנועי חשמל כוללים יכולת אגירה ארוכת טווח, עלויות תפעול נמוכות וזמינות טכנולוגית גבוהה. מערכות אלה מתאימות במיוחד ליישומים בקנה מידה גדול, כמו תחנות כוח או מתקני תעשייתיים.
על פי הערכות, שוק אגירת אנרגיה באמצעות מנועי חשמל צפוי לגדול מ-1.5 מיליארד דולר בשנת 2022 לכ-4 מיליארד דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-15%. החברות המובילות בתחום כוללות Beacon Power, Convergent Energy + Power ו-Highview Power.
עם זאת, מערכות אלה דורשות שטחים גדולים ותשתית כבדה יחסית, וכן סובלות מנצילות אגירה נמוכה יחסית בהשוואה לטכנולוגיות אחרות. החוקרים עובדים על שיפור הביצועים והוזלת העלויות של מנועי החשמל לאגירת אנרגיה סולארית.
אגירה באמצעות גלגלי תנופה
גלגלי תנופה (flywheel) הם עוד אחת מהטכנולוגיות המבטיחות לאגירת אנרגיה סולארית. במערכת זו, עודפי אנרגיה סולארית משמשים להאצת סיבוב של גלגל מסיבי המאגר את האנרגיה הקינטית. בשעות הביקוש הגבוה, הגלגל פועל כגנרטור ומייצר חשמל חזרה לרשת.
יתרונות עיקריים של גלגלי התנופה כוללים יכולת אספקת הספק גבוה למשך פרקי זמן קצרים, אורך חיים ארוך, עמידות מכנית וחוסר תלות בחומרי גלם נדירים. הם מתאימים היטב לשמש כמערכות אגירה קצרות טווח לצורך איזון רשת והספקת הספק במצבי עומס גבוה.
על פי הערכות, שוק גלגלי התנופה לאגירת אנרגיה צפוי לגדול מ-300 מיליון דולר בשנת 2022 לכ-800 מיליון דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-12%. החברות המובילות בתחום כוללות Beacon Power, Amber Kinetics ו-Vycon.
עם זאת, מגבלות כמו נצילות אגירה נמוכה יחסית ועלויות התקנה גבוהות עדיין מהווים אתגרים משמעותיים. החוקרים עובדים על פיתוח דורות חדשים של גלגלי תנופה בעלי ביצועים משופרים ועלויות נמוכות יותר.
אגירה באמצעות מיכלי לחץ גבוה
טכנולוגיה נוספת לאגירת אנרגיה סולארית היא שיטת דחיסת אוויר במיכלים בלחץ גבוה. בשיטה זו, עודפי אנרגיה סולארית משמשים להדחסת אוויר לתוך מיכלים מבודדים. בשעות הביקוש הגבוה, האוויר המדחוס משמש להפעלת טורבינת גז, המייצרת חשמל חזרה לרשת.
היתרונות העיקריים של אגירה זו כוללים עלות נמוכה, נצילות אגירה גבוהה, אורך חיים ארוך וטביעת רגל סביבתית נמוכה. מערכות אלה מתאימות בעיקר ליישומים בקנה מידה גדול, כמו תחנות כוח.
על פי הערכות, שוק אגירת אנרגיה באמצעות דחיסת אוויר צפוי לגדול מ-1 מיליארד דולר בשנת 2022 לכ-3 מיליארד דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-15%. חברות מובילות בתחום זה כוללות Hydrostor, SustainX ו-LightSail Energy.
עם זאת, מערכות אלה דורשות שטחים גדולים ותשתיות מורכבות, ועדיין סובלות מנצילות אגירה נמוכה יחסית בהשוואה למתחרות כמו בטריות. החוקרים עובדים על שיפור הביצועים והוזלת העלויות של מערכות דחיסת האוויר.
אגירה באמצעות אויר דחוס
שיטה נוספת לאגירת אנרגיה סולארית היא באמצעות דחיסת אוויר למיכלים. במערכת זו, עודפי אנרגיה סולארית משמשים להפעלת מדחסים, דוחסים את האוויר ומאחסנים אותו במיכלים. בשעות הביקוש הגבוה, האוויר המדחוס משמש להפעלת טורבינות גז, המייצרות חשמל חזרה לרשת.
היתרונות העיקריים של שיטה זו כוללים עלות נמוכה, נצילות אגירה גבוהה והיעדר השפעה סביבתית מזיקה. בנוסף, היא מאפשרת אגירה ארוכת טווח של אנרגיה סולארית בקנה מידה גדול.
על פי הערכות, שוק אגירת אנרגיה באמצעות דחיסת אוויר צפוי לגדול מ-600 מיליון דולר בשנת 2022 לכ-2 מיליארד דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-18%. החברות המובילות בתחום כוללות את Highview Power, SustainX ו-LightSail Energy.
עם זאת, מגבלות כמו צורך בשטחים גדולים, תשתיות מורכבות ונצילות אגירה נמוכה יחסית עדיין מהווים אתגרים להרחבת השימוש בטכנולוגיה זו. החוקרים פועלים על פיתוח דורות חדשים של מערכות דחיסת אוויר בעלי ביצועים משופרים.
אגירה באמצעות שאיבת מים למאגר
אחת השיטות הנפוצות לאגירת אנרגיה סולארית היא באמצעות שאיבת מים למאגר גבוה. בשיטה זו, עודפי אנרגיה סולארית משמשים להעלאת מפלס המים במאגר. בשעות הביקוש הגבוה, המים זורמים בחזרה דרך טורבינה, מייצרים חשמל ומוזרמים חזרה למאגר.
היתרונות העיקריים של שאיבת מים למאגר כוללים יעילות אגירה גבוהה, עלות הפעלה נמוכה, אורך חיים ארוך והיעדר צורך בחומרים רעילים או נדירים. מערכות אלה מתאימות בעיקר ליישומים בקנה מידה גדול, כמו תחנות כוח.
על פי הערכות, שוק אגירת אנרגיה באמצעות שאיבת מים למאגר צפוי לגדול מ-3.5 מיליארד דולר בשנת 2022 לכ-7.5 מיליארד דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-10%. החברות המובילות בתחום כוללות Voith Hydro, Andritz Hydropower ו-ABB.
עם זאת, מערכות אלו דורשות שטחים גדולים, תשתיות כבדות וזמן הקמה ארוך יחסית. החוקרים פועלים על פיתוח פתרונות לצמצום העלויות והזמן הדרושים להקמת מתקני אגירה מסוג זה.
אגירה באמצעות מחסנים תרמיים
מחסנים תרמיים מהווים עוד אחת מהטכנולוגיות המבטיחות לאגירת אנרגיה סולארית. במערכות אלה, עודפי אנרגיה סולארית משמשים לחימום חומרים מוצקים או נוזליים, המאוחסנים במבנים מבודדים. בשעות הצריכה הגבוהה, האנרגיה המאוחסנת מופקת בצורת חום והופכת לחשמל.
היתרונות העיקריים של מחסנים תרמיים כוללים יעילות אגירה גבוהה, עלות נמוכה, אורך חיים ארוך והיעדר צורך בחומרים נדירים. כמו כן, הם מאפשרים אגירה ארוכת טווח של אנרגיה סולארית ללא התפרקות.
על פי הערכות, שוק האגירה התרמית צפוי לגדול מ-1 מיליארד דולר בשנת 2022 לכ-3 מיליארד דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-15%. החברות המובילות בתחום כוללות Aalborg CSP, Siemens Gamesa ו-Abengoa.
עם זאת, מגבלות כמו נצילות אגירה מוגבלת, גודל המתקנים והצורך בתשתיות מורכבות עדיין מהווים אתגרים להרחבת השימוש במחסנים תרמיים. החוקרים ממשיכים לפתח פתרונות להתמודדות עם אתגרים אלה.
אגירה באמצעות יציקות בטון
טכנולוגיה חדשנית נוספת לאגירת אנרגיה סולארית היא באמצעות יציקות בטון. בשיטה זו, עודפי אנרגיה סולארית משמשים לחימום מבנים מבטון מבודדים, המאחסנים את האנרגיה בצורת חום. בשעות הביקוש הגבוה, החום המאוחסן משמש להפקת חשמל באמצעות מערכת הספקה תרמית.
היתרונות העיקריים של שיטה זו כוללים עלות נמוכה, זמינות חומרי הגלם, אורך חיים ארוך וחוסר תלות בחומרים נדירים. כמו כן, היא מאפשרת אגירה ארוכת טווח של אנרגיה סולארית במבנים שונים.
על פי הערכות, שוק האגירה באמצעות יציקות בטון צפוי לגדול מ-300 מיליון דולר בשנת 2022 לכ-800 מיליון דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-14%. החברות המובילות בתחום כוללות Heliogen, Thermal Energy Storage Technologies ו-Siemens Gamesa.
עם זאת, מגבלות כמו נצילות אגירה מוגבלת, גודל המתקנים והצורך בתשתיות מורכבות עדיין מהווים אתגרים. החוקרים ממשיכים לפתח פתרונות להתמודדות עם מגבלות אלה, כדי להרחיב את השימוש במערכות אגירה מבוססות בטון.
אגירה באמצעות התייעלות בשימוש באנרגיה
נוסף על טכנולוגיות האגירה הפיזיות, ישנו פוטנציאל רב גם באגירה באמצעות התייעלות בשימוש באנרגיה. שיטה זו מתמקדת בהפחתת הצריכה ובשיפור ניהול הביקוש במערכת החשמל, על מנת לאפשר ניצול יעיל יותר של אנרגיה סולארית.
אמצעים להתייעלות בשימוש באנרגיה יכולים לכלול שיפור בידוד מבנים, שימוש במכשירים חסכוניים, ניהול חכם של מערכות חימום, קירור ותאורה, ועוד. כך ניתן לצמצם את הצריכה בשעות השיא ולשפר את היכולת לנצל אנרגיה סולארית עודפת.
על פי הערכות, השוק העולמי לפתרונות התייעלות באנרגיה המיועדים לאגירת אנרגיה סולארית צפוי לגדול מ-12 מיליארד דולר בשנת 2022 לכ-25 מיליארד דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-10%. חברות מובילות בתחום כוללות Johnson Controls, Schneider Electric ו-Siemens.
אמנם פתרונות אלה אינם אגירה פיזית של אנרגיה, אך הם משלימים את הטכנולוגיות האחרות ומאפשרים ניצול יעיל יותר של אנרגיה סולארית. שילוב של אגירה פיזית והתייעלות באנרגיה הוא המפתח להשגת פוטנציאל מלא של אנרגיה סולארית.
אגירה בתחנות כוח אגירה
תחנות כוח אגירה הן מערכות ייעודיות המשלבות אגירת אנרגיה בקנה מידה גדול עם ייצור חשמל. במערכות אלה, עודפי אנרגיה סולארית משמשים להפעלת משאבות, שמעלות מים למאגרים גבוהים. בשעות הביקוש הגבוה, המים זורמים בחזרה דרך טורבינות והופכים לחשמל.
היתרונות העיקריים של תחנות כוח אגירה כוללים יכולת אספקת הספק גבוה למשך פרקי זמן ארוכים, יעילות אגירה גבוהה ואורך חיים ארוך. הן מתאימות במיוחד ליישומים בקנה מידה גדול, כמו רשתות חשמל ארציות.
על פי הערכות, שוק תחנות הכוח האגירה צפוי לגדול מ-5 מיליארד דולר בשנת 2022 לכ-12 מיליארד דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-12%. החברות המובילות בתחום כוללות Voith Hydro, Andritz Hydropower ו-Toshiba.
אתגרים עיקריים של טכנולוגיה זו כוללים עלויות הקמה גבוהות, צורך בתשתיות כבדות ושיקולים סביבתיים הקשורים להקמת מאגרי מים גדולים. החוקרים פועלים על פיתוח פתרונות להתמודדות עם אתגרים אלה.
אגירה באמצעות הידרוגן
אחת הטכנולוגיות המבטיחות לאגירת אנרגיה סולארית היא באמצעות הידרוגן. במערכת זו, עודפי אנרגיה סולארית משמשים לייצור הידרוגן באמצעות תהליך אלקטרוליזה. ההידרוגן המיוצר נאגר ומשמש להפקת חשמל באמצעות תאי דלק בשעות הביקוש הגבוה.
היתרונות העיקריים של אגירה באמצעות הידרוגן כוללים יכולת אגירה ארוכת טווח, גמישות יישומית, וחוסר תלות בחומרי גלם נדירים. כמו כן, תוצר הלוואי היחיד הוא מים, מה שהופך את הטכנולוגיה לידידותית לסביבה.
על פי הערכות, שוק אגירת אנרגיה באמצעות הידרוגן צפוי לגדול מ-1.5 מיליארד דולר בשנת 2022 לכ-5 מיליארד דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-18%. החברות המובילות בתחום כוללות Nel Hydrogen, Hydrogenics ו-ITM Power.
עם זאת, עלויות הייצור והאחסון של הידרוגן עדיין גבוהות יחסית, והתשתית הדרושה להפצה ושימוש נרחב בו עדיין מצומצמת. החוקרים והחברות ממשיכים לפתח פתרונות להתמודדות עם אתגרים אלה.
אגירה באמצעות גז טבעי
גז טבעי מהווה אמצעי אגירה נוסף לאנרגיה סולארית. במערכת זו, עודפי אנרגיה סולארית משמשים להפקת גז סינתטי (סינתז-גז) באמצעות תהליך היידרוליזה. הגז המיוצר נאגר ומשמש להפקת חשמל בעזרת מערכת טורבינות גז בשעות הביקוש הגבוה.
היתרונות העיקריים של אגירה באמצעות גז טבעי כוללים יכולת אגירה ארוכת טווח, יעילות גבוהה ויכולת הפקה גמישה המותאמת לביקוש. כמו כן, התשתית הקיימת להפצת והשימוש בגז טבעי יכולה לשמש גם לאגירת אנרגיה סולארית.
על פי הערכות, שוק אגירת אנרגיה באמצעות גז טבעי צפוי לגדול מ-1 מיליארד דולר בשנת 2022 לכ-3 מיליארד דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי של כ-16%. החברות המובילות בתחום כוללות Siemens Energy, Mitsubishi Power ו-GE Power.
אתגרים עיקריים של טכנולוגיה זו כוללים עלויות הקמה גבוהות, השפעות סביבתיות והתלות בתשתיות גז טבעי קיימות. החוקרים ממשיכים לפתח פתרונות להתמודדות עם אתגרים אלה ולהרחיב את השימוש בגז טבעי לאגירת אנרגיה סולארית.
יישומים והטמעה של טכנולוגיות אגירת אנרגיה סולארית
טכנולוגיות אגירת אנרגיה סולארית מיושמות במגוון רחב של יישומים, החל מהמגזר הביתי ועד התעשייה והמשק הלאומי. ההטמעה של פתרונות אגירה אלה מאפשרת ניצול יעיל יותר של האנרגיה הסולארית המיוצרת ותורמת להפחתת תלות בדלקים מזהמים.
יישומים ביתיים ומסחריים:
על פי הערכות, בשנת 2022 כ-30% מהביקוש לאגירת אנרגיה סולארית הגיע ממגזר המבנים הביתיים והמסחריים. בקרב בתי אב, בתי עסק ומרכזי קניות נפוצות בעיקר טכנולוגיות כמו בטריות ליתיום-יון, מחסנים תרמיים ואגירה באמצעות מנועי חשמל. יישומים אלה מאפשרים לצרכנים להפחית את החשבונות לחשמל, לשפר את האמינות באספקה ולהגביר את האנרגטית העצמית.
יישומים תעשייתיים:
בתעשייה, טכנולוגיות אגירת אנרגיה סולארית מיושמות בעיקר במפעלים, מרכזי לוגיסטיקה ותעשיית ההיי-טק. כאן נפוצים בעיקר פתרונות מבוססי בטריות, מחסנים תרמיים ותחנות כוח אגירה. יישומים אלה מסייעים לחסוך בעלויות אנרגיה, לשפר את רציפות הייצור ולהפחית את הפליטות הסביבתיות של התעשייה.
יישומים בתחבורה:
בתחום התחבורה, טכנולוגיות אגירה סולאריות מיושמות בעיקר בתחנות טעינה לרכבים חשמליים. כאן בולטות בעיקר בטריות ליתיום-יון המשולבות עם פאנלים סולריים. פתרונות אלה מאפשרים לספק חשמל לרכבים חשמליים באופן מקומי ובר-קיימא, ללא תלות ברשת החשמל הארצית.
יישומים במגזר החקלאי:
במגזר החקלאי, אגירת אנרגיה סולארית משמשת לניעור מערכות השקיה, לאיוורור מבני חממות, לתאורת חוות והפעלת מערכות קירור למוצרים חקלאיים. פתרונות נפוצים כאן כוללים בטריות, מחסנים תרמיים ושאיבת מים למאגרים. יישומים אלה מסייעים לחקלאים להפחית את צריכת האנרגייה ממקורות מזהמים ולהגביר את הקיימות של פעילותם.
יישומים במגזר הציבורי:
במוסדות ציבוריים כמו בתי חולים, מוסדות חינוך ומבני ממשלה, אגירת אנרגיה סולארית מיושמת למטרות חימום, קירור, תאורה וצריכת חשמל כללית. כאן נפוצים בעיקר פתרונות מבוססי מחסנים תרמיים, בטריות וניהול חכם של מערכות האנרגיה. יישומים אלה מסייעים לצמצם את ההוצאות התפעוליות ולשפר את הקיימות של המבנים הציבוריים.
יישומים באזורים גאוגרפיים שונים:
בישראל, אגירת אנרגיה סולארית מיושמת במיוחד באזורים עם פוטנציאל סולארי גבוה, כמו הערבה, הנגב והגליל. בקיבוצים, בתי מלון, חוות סולריות ובסיסים צבאיים באזורים אלה נפוצים בעיקר פתרונות מבוססי בטריות, מחסנים תרמיים ושאיבת מים למאגרים. יישומים אלה מסייעים לנצל באופן יעיל יותר את האנרגיה הסולארית המקומית ולהפחית את התלות באנרגיה ממקורות מזהמים.
כך, ניתן לראות כי טכנולוגיות אגירת אנרגיה סולארית מיושמות במגוון רחב של יישומים, החל מהמגזר הביתי, דרך התעשייה והחקלאות ועד למבנים ציבוריים ואזורים גאוגרפיים שונים. שילוב טכנולוגיות אלה מאפשר ניצול מקסימלי של משאב האנרגיה הסולארית וסייע להפחתת הפליטות, החיסכון בעלויות וצמצום התלות במקורות אנרגיה מזהמים.
סיכום
אגירת אנרגיה סולארית הפכה להיות אחד האמצעים המרכזיים לניצול מלא של משאב האנרגיה הסולארית, ולהפיכת החשמל הסולארי למהימן, זמין ונגיש יותר. מגוון הטכנולוגיות והשיטות הקיימות מאפשר פתרונות מותאמים לצרכים שונים, החל מהמגזר הביתי ועד לרשתות החשמל הארציות.
תהליך ההטמעה של אגירת אנרגיה סולארית כבר החל, אך עדיין יש פוטנציאל עצום לצמיחה נוספת. על פי הערכות, השוק הגלובלי של אגירת אנרגיה סולארית צפוי לגדול מ-200 מיליארד דולר בשנת 2022 לכ-800 מיליארד דולר בשנת 2030, בקצב צמיחה שנתי ממוצע של כ-20%.
האתגרים העיקריים שעדיין יש להתמודד עמם כוללים את הורדת עלויות הטכנולוגיות, שיפור הביצועים והנצילות, ובניית התשתיות הנדרשות בקנה מידה גדול. החוקרים והחברות ממשיכים לפתח פתרונות חדשניים שיתמודדו עם אתגרים אלה.
בטווח הארוך, אגירת אנרגיה סולארית צפויה להביא לחיסכון אנרגטי משמעותי, להפחתה ניכרת של פליטות גזי חממה ולמעבר מואץ למשק אנרגיה מתחדש ובר-קיימא יותר. היא תהווה נדבך חיוני בהגשמת יעדי האנרגיה המתחדשת של מדינות רבות ברחבי העולם.
בישראל, אגירת אנרגיה סולארית מהווה חלק מרכזי במאמצי המדינה להפוך למובילה עולמית בתחום האנרגיות המתחדשות. מהלכים אסטרטגיים כמו הקמת מרכז ידע וחדשנות לאגירת אנרגיה, השקעות בפיתוח טכנולוגי ועידוד היישום בשטח, יקדמו את השימוש בטכנולוגיות אלה בשנים הקרובות.
סיכומו של דבר, אגירת אנרגיה סולארית הינה תחום מרכזי בהתפתחות האנרגיה הנקייה והמתחדשת. עם ההתקדמות הטכנולוגית והגידול בביקוש, צפוי שתחום זה יהווה נדבך מרכזי במעבר העולמי לאנרגיה בת-קיימא.