פאנל סולארי פועל על ידי איסוף אור שמש והמרתו לחשמל. מרכיביו עשויים מסיליקון, מוליך למחצה המסוגל לייצר חשמל. הסיליקון מגיב לאור השמש על ידי שחרור אלקטרונים כאשר פוטונים מקיימים אינטראקציה עם האטומים שלו. תגובה זו נקראת אפקט פוטו–וולטאי. בדרך כלל, תאים סולאריים מורכבים מיריעות סיליקון חיוביות ושליליות המחוברות זו לזו. בשכבה העליונה חודרת זרחן למטען שלילי, והשכבה התחתונה מכילה בורון. שכבות אלו יוצרות שדה אשר מעביר אלקטרונים לעבר מתכת מוליכה.
תאים פוטו–וולטאיים ממירים את אור השמש לחשמל
תפוקת הכוח של התאים הפוטו–וולטאיים של פאנל סולארי תלויה בכמה קרינת השמש פוגעת בצומת ה–PN וכמה ממנה מומרת לחשמל. תא פוטו–וולטאי בודד מייצר בדרך כלל בין 0.5 ל-0.6 וולט ביחס ישיר לכמות אור השמש שפוגע בו. אולם זהו מתח פלט נמוך יחסית, ואינו מספיק כדי להפעיל כל מכשיר שמיש. על מנת להגביר את המתח של פאנל סולארי, ניתן לחבר מספר תאים פוטו–וולטאיים במקביל או בסדרה.
תא פוטו–וולטאי עשוי משכבות דקות של רקיק של סיליקון מסוג n וסוג p. כאשר הם נחשפים לאור השמש, הפוטונים מעוררים אלקטרונים בתוך הסיליקון. כאשר הסיליקון סופג את הפוטונים הללו, נוצר צומת pn. צומת זה גורם לאלקטרונים ולחורים לנוע לעבר צד ה–p החיובי ולהתרחק מהצד ה–n השלילי, מה שגורם לזרם חשמלי.
תאים פוטו–וולטאיים על פאנל PV סולארי עשויים מחומר מוליכים למחצה הנקרא סיליקון. אנרגיית האור הנכנסת משחררת את האלקטרונים בחומר, מה שבתורו מספק את האנרגיה לייצור חשמל. מכיוון שלחומר המוליך למחצה יש שתי שכבות, התאים מטופלים במיוחד כדי ליצור שדה חשמלי שמאלץ אלקטרונים חופשיים לזרום אל לוחות מתכת מוליכים. אלקטרונים חופשיים אלה זורמים לאורך פני השטח של הפאנל הסולארי, ומייצרים חשמל.
התאים הפוטו–וולטאיים בפאנל סולארי יכולים לייצר כמות גדולה של חשמל. הם משמשים למגוון מטרות, החל מהפעלת משאבות מים לבעלי חיים ועד להנעת בתים וייצור חשמל בקנה מידה שירות.
ממירים ממירים זרם DC לזרם AC
מהפך הוא מכשיר אלקטרוני הממיר זרם DC לזרם AC. זה ידוע גם בתור גנרטור גיבוי או ספק כוח חירום. מכשיר זה מאפשר לך להמשיך להשתמש בפאנל הסולארי שלך גם במקרה של הפסקות חשמל. ישנם מספר סוגים של ממירים.
בין אלה ניתן למצוא מיקרו–ממירים וממירי מחרוזת. ניתן להרכיב מיקרו–ממירים על פאנלים סולאריים בודדים ויכולים לבצע המרות ישירות. הם יעילים יותר מממירי מחרוזת, אבל הם גם יקרים יותר לרכישה ולתיקון. החיסרון העיקרי של ממירי מיתרים הוא חוסר הגמישות שלהם.
ממירים יכולים להיות גדולים מאוד, מכילים ערכות סוללות, והם מייצרים הרבה חום. כדי למנוע התחממות יתר, יש להם מאווררי קירור וגופי קירור. המהפך הממוצע הוא בערך בגודל של מצבר לרכב. הגדולים שבהם דומים לבנק של מצברים לרכב. לחילופין, תוכלו לבחור במהפך בגודל רדיו, שעדיין יאפשר לכם לייצר AC.
ממירים הם מרכיב מרכזי במערכות סולאריות. הם ממירים אנרגיה סולארית לחשמל וממירים זרם ישר לזרם חילופין. זרם ישר הוא זרימת אלקטרונים בכיוון יחיד, בעוד שזרם חילופין הוא תבנית כוח דמוית גל.
האפקט הפוטואלקטרי יוצר זרם הדרוש לייצור חשמל
תהליך יצירת החשמל מאור השמש מבוסס על האפקט הפוטואלקטרי, המתרחש כאשר אנרגיית האור פוגעת במשטח מתכת. כתוצאה מכך, אלקטרונים ממשטח המתכת נפלטים. אלקטרונים אלו ידועים כפוטואלקטרונים, והם זהים לאלקטרונים המגיעים ממקורות אחרים. הם באותו גודל, מטען, ספין ותנועה מגנטית כמו אלקטרונים רגילים.
השפעה זו התגלתה בשנת 1839 על ידי מדען בשם אדמונד בקארל. בשנת 1839, הוא ערך ניסוי שכלל משדר שפלט ניצוץ. מאוחר יותר, הוא תיאר כיצד להמיר אור ישירות לחשמל. תגלית זו זיכתה אותו בפרס נובל. שנה לאחר מכן, מעבדות בל פיתחו את המודול הפוטו–וולטאי המעשי הראשון. המכשיר לא התאים לשימוש נרחב, עם זאת. בשנות ה-60 החלה תעשיית החלל להשתמש בטכנולוגיה פוטו–וולטאית להנעת לוויינים.
כאשר האור פוגע בתא פוטו–וולטאי, האלקטרונים מתרגשים. זה גורם להם לעבור מרצועת הערכיות שלהם לרצועת ההולכה. האנרגיה הנדרשת להעברת אלקטרונים מלהקה אחת לאחרת נקראת אנרגיית פער פס, והיא מגיעה מאור. אנרגיה זו משמשת לייצור חשמל על פאנל סולארי.
על מנת להפיק חשמל מפאנל סולארי, השמש חייבת לזרוח באורך הגל הנכון. אורך גל זה יאפשר לאלקטרונים לעבור מרחק מסוים. ככל שאורך הגל גבוה יותר, התא הסולארי יהיה פחות יעיל.
תאים פוטו–וולטאיים עשויים פרוסות של סיליקון גבישי
תאים פוטו–וולטאיים הם מכשירים מוליכים למחצה הרותמים את האור. הם מורכבים משתי שכבות, P ו–N, ונועדו להמיר אור שמש לחשמל. צומת ה–PN פועל כדיודה, וגורם לאלקטרונים לעבור משכבה אחת לאחרת כאשר עוברים פוטונים בעלי אנרגיה מספקת.
תאים סולאריים אלו מורכבים מסיליקון חד גבישי (C–Si) או סיליקון רב גבישי (M–Si). הסיליקון מסומם בבור או זרחן על מנת לייצר מוליך למחצה מסוג p. הם מכילים גם דפוסי מגע מודפסים על המסך. תבנית המגעים הקדמית נועדה לאפשר חשיפה מרבית לאור, בעוד המגעים האחוריים נועדו למזער הפסדים חשמליים.
תאים סולאריים עשויים פרוסות סיליקון שיכולות להיות בגודל 4 עד 6 אינץ' רבועים ובעובי של 200 מיקרון. לאחר מכן הם מוערמים זה על גבי זה ליצירת פאנלים סולאריים. פרוסות מונו–גבישיות יקרות יותר ודורשות שלבים נוספים כדי להפוך אותן לשימושיות.
סיליקון חד גבישי נמצא בשימוש נפוץ בפאנלים סולאריים. פרוסות סיליקון חד גבישיות יכולות להיות יקרות ואינן יכולות לכסות מודול תא סולארי מרובע. תאים חד–גבישיים דורשים תהליכים מיוחדים המייצרים סרטים דקים מאוד, מה שמביא לפערים בפינות. ניתן להשתמש במוליכים למחצה אחרים לייצור לוחות אלה. חומר הסיליקון הגבישי אינו החומר היחיד שניתן להשתמש בו לתאים סולאריים. חלופה נוספת היא גליום ארסניד. לחומר זה מבנה אטומי זהה לסיליקון אך מכיל אטומי גליום וארסן לסירוגין.
מוליכים למחצה נטולי מתכת יכולים להפחית את יעילות ההמרה של תאים סולאריים. זה נכון במיוחד עבור סיליקון מסוג p, שבו פגמים הקשורים למתכת שכיחים יותר. זה יכול להפוך את התאים לרגישים לרקומבינציה. בנוסף, הפסדי יעילות הקשורים למתכת משפיעים על תאים סולאריים מסוג n.
הם עמידים
אם אתה תוהה אם הפאנלים הסולאריים שלך יחזיקו מעמד לכל החיים, התשובה היא "כן" מהדהד. מערכות PV סולאריות מבלות את רוב חייהן בחוץ, כך שהן מתוכננות באופן טבעי לעמוד ברוב תנאי מזג האוויר. עם זאת, יש כמה דברים שאתה צריך לשים לב אליהם כדי לעזור לשמור על הפאנלים הסולאריים שלך במצב טוב.
פאנלים סולאריים צריכים להיות מסוגלים לעמוד בפני סופות ברד וקרח. חומרים שונים מתאימים יותר לאקלים שונים. הקפידו לקנות פאנל שנבדק נגד נזקי ברד. אתה יכול לבדוק את ההסמכה באינטרנט. כמו כן, יש לוודא שלפנלים יש אחריות. ככל שהאחריות ארוכה יותר, כך ייטב, ותדע שהפאנלים הסולאריים שלך יהיו מוגנים מפני מזג אוויר קשה למשך מספר שנים. אתה יכול גם להגן על הפאנלים שלך על ידי הנחת כיסוי רשת תיל מעליהם. כיסויים אלה עולים בסביבות $50.
כמו בכל מכשיר או חומר בניין, פאנלים סולאריים צריכים להיות מתוחזקים היטב כדי לשמור על הביצועים שלהם. בדיקה קבועה של הלוחות תעזור לכם להבטיח שהם נשארים במצב תקין. חשוב גם לשמור אותם נקיים מפסולת. אם אתה שוקל התקנת פאנל סולארי, וודא שאתה בוחר במתקין סולארי בעל מוניטין. פאנל סולארי מותקן כהלכה יכול להחזיק מעמד עד 20 שנה.
למרות שפאנלים סולאריים אינם נטולי תחזוקה, הם אינם דורשים תיקונים גדולים. ניקוי ובדיקות רגילות יכולים להאריך את תוחלת החיים שלהם. אם אינך יכול לבדוק את הפאנלים הסולאריים שלך בעצמך, שירות ניטור יכול לעזור לך לתפוס בעיות בשלבים הראשונים שלהן. עם ניטור קבוע, אתה אפילו יכול לתקן אותם לפני שהם גורמים נזק נוסף.
הם מייצרים יותר חשמל בקיץ
כמות האנרגיה המופקת על ידי פאנלים סולאריים שונה בקיץ ובחורף. במהלך הקיץ, יש יותר שעות של אור שמש מאשר בחורף. יחד עם זאת, הטמפרטורה אינה גבוהה כפי שהיא במהלך החורף. עם זאת, החום עדיין יכול לבזות את הפאנלים הסולאריים. אפשר לפצות על כך על ידי שמירה על ניקיון הפאנלים בחודשי הקיץ.
במהלך חודשי החורף, פאנלים סולאריים אינם יעילים כל כך מכיוון שכמות אור השמש מצטמצמת. ככל שפחות אור שמש, כך הפאנלים הסולאריים יפיקו פחות אנרגיה. ככל שהפנלים יקבלו יותר אור שמש, כך ייצור החשמל שלהם יהיה גבוה יותר. עם זאת, זה לא תמיד המצב. לדוגמה, מדינות מסוימות מקבלות יותר אור שמש מאחרות. לכן, אנרגיה סולארית עשויה להיות אפשרות טובה יותר עבור אלה המתגוררים באזורים אלה.
בנוסף, טמפרטורת הגג עשויה להשפיע על הביצועים של פאנלים סולאריים. במהלך הקיץ, פאנלים סולאריים על הגג יכולים לייצר עד 20% יותר חשמל מאשר בחורף. הסיבה לכך היא שאוויר חם פחות צפוף ומכיל פחות חלקיקים. בנוסף, קרני השמש חזקות יותר בקיץ.
עם זאת, תפוקת ההספק המקסימלית של פאנל סולארי תהיה תלויה בטמפרטורת היום. ביום שמשי, פאנל סולארי יפיק את ההספק המרבי שלו של שישה קילוואט. לעומת זאת, פאנל סולארי יפיק פחות חשמל ביום מעונן אם הוא מכוסה בחלקו או כולו בעננים.