חשמל סולארי קיים כבר עשרות שנים, אך רק לאחרונה הוא זוכה לתשומת לב מיינסטרים. עד שנות ה-70 של המאה ה-20 נעשה שימוש באנרגיה סולארית רק בלוויינים ונחשב כי יקר מדי עבור יישומים קונבנציונליים. לאחר מכן, אמברגו הנפט של 1973 ומשבר האנרגיה שלאחר מכן אילצו את קובעי המדיניות העולמיים לחשוב מחדש על מדיניות האנרגיה ולפנות לטכנולוגיות סולאריות. פותחו אסטרטגיות פריסה שונות, תוך התמקדות בתוכניות תמריצים ומתקני מחקר, בעיקר ביפן ובארצות הברית. Fraunhofer ISE בגרמניה היה אחד מהמפתחים המוקדמים של הטכנולוגיה.
פוטו
–וולטאיות (PV) הן אופציה מבטיחה להפקת חשמל מאנרגיית השמש. הם משתמשים בחומרים מוליכים למחצה כגון אינדיום נחושת גליום דיסלניד, קדמיום טלוריד, פרוסקיטים ותרכובות אורגניות. תאים סולאריים אלו יעילים וחסכוניים ומהווים חלופה מצוינת לדלקים מאובנים. תמריצי מדיניות רבים תומכים בפיתוח מערכות PV, כולל תקני תיק מתחדש (RPS), תעריפי הזנה והנחות קיבולת. תעשיית ה–PV צומחת במהירות, מה שהופך אותה להזדמנות מצוינת להשגת פתרון אנרגיה ירוקה בעלות נמוכה.
מערכות PV סולאריות הן בחירה טובה עבור עסקים קטנים או בתים, מכיוון שהן חסכוניות וניתנות להתקנה על כל גג. מערכות אנרגיה סולארית אינן דורשות תחזוקה מקיפה וניתן להסיר אותן ולהתקין אותן מחדש במידת הצורך. למערכת ה–PV יש טביעת רגל קטנה, והאנרגיה המופקת ממנה יכולה בקלות לכסות פחות מאחוז אחד משטח פני כדור הארץ. בנוסף, ניתן להתקין מערכות פוטו–וולטאיות על קרקעות ובבתים לא מנוצלים, ולחסוך בעלויות דלק וזיהום.
טכנולוגיית ה–PV פועלת על ידי המרת אור ישירות לחשמל. הוא משתמש בחומרים מוליכים למחצה מיוחדים הנקראים תאי PV. תאים אלה יכולים לייצר בין וואט אחד לשני ואט חשמל. הן בדרך כלל דקות יותר מארבע שערות אדם ומורכבות מכמה חומרים מוליכים למחצה שונים. הם מוגנים על ידי שכבות פלסטיק או זכוכית.
מערכות חשמל סולאריות פוטו–וולטאיות (PV) אינן מייצרות פליטת גזי חממה. בנוסף לייצור אנרגיה נקייה ומתחדשת, מערכות פוטו–וולטאיות אוגרות גם עודפי חשמל. ניתן להזין את העודף הזה לרשת במחיר או לאחסן בסוללות נטענות עבור כוח גיבוי בזמן הפסקות.
תעשיית הפוטו–וולטאים גדלה במהירות במהלך השנים האחרונות. השוק מוערך בשווי של 100 מיליארד יורו עד 2020. תעשייה זו מונעת על ידי מגוון גורמים, כולל צרכי לקוחות תחרותיים בעלויות ותוכניות תמיכה בשוק. עם זאת, הכוח המניע הגדול ביותר מאחורי הצמיחה הזו הוא המחיר.
מערכות חשמל סולאריות פוטו–וולטאיות הן זולות יחסית. הם יכולים לעלות רק 3500 $ עבור התקנה בסיסית. מטרתן של מערכות אלו היא לחסוך לבעל הבית כסף על ידי הפקת חשמל חינם בשעות היום. התקנת הסוללות מאריכה עוד יותר את תקופת ההחזר.
ריכוז פוטו–וולטאים (CSP)
CSP היא טכנולוגיית אנרגיה סולארית המשתמשת באנרגיה סולארית מרוכזת לייצור חשמל. זה עובד על ידי אחסון האנרגיה מהשמש במלח מותך שנשמר חם במשך מספר שעות. חום זה משמש לאחר מכן להפעלת גנרטור. יכולת אחסון זו מאפשרת למערכות CSP לייצר חשמל גם כאשר השמש אינה זורחת, כאשר היא בעלת הערך הרב ביותר לרשת. בגלל זה, קל יותר לשלב מערכות CSP ברשת.
ריכוז חשמל סולארי פוטו–וולטאי נוצר באמצעות מערכת הממקדת אור שמש ישיר לקולט. לאחר מכן, נוזל העברת החום מחומם ל-600 מעלות צלזיוס או יותר, בהתאם לטכנולוגיה. טמפרטורה גבוהה זו מאפשרת לקולט להשיג יעילות המרת אנרגיה תרמודינמית גבוהה. היעילות של Carnot נעה בין 66% ל-80%. מערכות CSP בדרך כלל מפעילות מעגל סגור דרך צינור המקלט הסולארי.
עם זאת, מפעלי CSP אינם חפים מחסרונות. הם דורשים כמות גדולה של אדמה, במיוחד באזורים צחיחים. הצמחים צריכים גם מגדלי קירור רטובים כדי לקרר את המחזור התרמי ולנקות את המראות. בגלל כמות המים הגדולה המשמשת לפרויקטים אלה, מבקרים אומרים שמפעלי CSP עלולים להזיק לאספקת המים באזורים שבהם אספקת המים מתדלדלת. בנוסף, צמחי CSP מפריעים גם לנופים טבעיים ויכולים להיות להם השפעה חזותית שלילית.
ריכוז מערכות אנרגיה סולארית–תרמית הן בדרך כלל פרויקטים בקנה מידה גדול שיכולים לייצר חשמל לרשתות גדולות. ישנם מספר סוגים של מערכות CSP. חלקם מתוכננים להשתמש במגדל חשמל כמקלט בעוד שאחרים משתמשים במערכות ליניאריות המשתמשות בסדרה של מראות כדי למקד את אור השמש בצינורות מקבילים. זמינות גם כמה מערכות CSP קטנות יותר שניתן למקם בסמוך למקום שבו יש צורך בכוח. מערכות אלו מייצרות בין 5 ל-25 קילוואט לכל מנה, מה שהופך אותן לאידיאליות עבור מערכות מבוזרות.
החיסרון של חשמל סולארי CSP הוא שהוא דורש כמות גדולה של קרקע לבנייה ולתחזוקה, והתהליך אינו חסכוני עבור בעלי בתים. קשה גם למצוא חומרים לאחסון אנרגיה תרמית, ולמלח מותך יש טמפרטורת פעולה מוגבלת.
פסיבי
חשמל סולארי פסיבי נוצר באמצעות שימוש בחום השמש. מערכת החשמל הסולארי הפסיבי משתמשת בשני מרכיבים: מסה תרמית, האוגרת חום מהשמש, והפצה, שעוזרת להפיץ את החום הזה בכל הבית. חלק חשוב נוסף במערכת זו הוא הצללה טבעית ותלות. שני הרכיבים הללו פועלים יחד להפקת חשמל בצורה פסיבית, ודורשים תחזוקה מינימלית.
חשמל סולארי פסיבי אינו קל ללכוד כמו סולארי פעיל, מכיוון שהוא מפוזר על פני שטח גדול. יתרה מכך, לא ניתן לאסוף את כל האנרגיה מהשמש בבת אחת, מה שאומר שכמות האנרגיה שתוכלו לאסוף תהיה תלויה בעונה, במיקום ובעננות השמים.
חשמל סולארי פסיבי הוא מקור אנרגיה ירוק שמתבסס על עיצוב המבנה. הוא משתמש באלמנטים טבעיים כמו מי גשמים ואור שמש. זה עובד ללא כל התקנים או ציוד חיצוני. מערכות חשמל סולארי פסיבי פועלות על פי חוקי התרמודינמיקה. עם זאת, גורמים מסוימים יקבעו עד כמה המערכת תעבוד, כגון כיוון הבניין והמסה התרמית של הקירות.
חשמל סולארי פסיבי דורש אתר טוב שיכול לפנות לדרום אמיתי עם הצללה מינימלית באזור הגישה הסולרית. למרות שפונה אל פני השטח הסולאריים לכיוון דרום חשובה, זה לא מספיק כדי להשיג ביצועים טובים. האזור חייב להיות נקי ממכשולים. כמו כן, חשוב לקחת בחשבון את זמן החסימה בין תשע בבוקר לשלוש אחר הצהריים במהלך החורף.
מערכות סולאריות פסיביות משתמשות גם במסה תרמית כדי לאגור חום מהשמש. זה עוזר לשמור על טמפרטורה נוחה בתוך הבניין. המסה התרמית היא חלק מכריע ממערכת שמש פסיבית, ויש להשתמש בה בכל מקום אפשרי. זה לא רק פסיבי, אלא גם חסכוני וידידותי לסביבה.
מערכות סולאריות פסיביות קלות להתקנה ולתחזוקה. המרכז הסולארי של אריזונה מספק מדריך לקירור וחימום סולארי פסיבי המכיל הנחיות לגבי עיצוב סולארי פסיבי. מדריך זה מספק מידע שימושי גם לבעלי בתים המעוניינים במערכות סולאריות פסיביות.
אקטיבי
חשמל סולארי אקטיבי הוא מקור אנרגיה חלופי. הוא ממיר חום לאנרגיה חשמלית על ידי המרת אור השמש. זה יכול לשמש גם בבתים כסוג של חימום, במיוחד בחודשים הקרים יותר. סוג זה של אנרגיה זול יותר מפאנלים סולאריים אך יש לו כמה חסרונות. לדוגמה, המערכת לא תהיה גמישה כמו מערכת PV, ותזדקק למקור אנרגיה גיבוי כדי לתפקד כראוי.
אחד החסרונות של חשמל סולארי פעיל הוא שהוא דורש אור שמש מתמשך כדי לעבוד. זו יכולה להוות בעיה במהלך הלילה, בימים מעוננים ובזמן העננים החולפים. בנוסף, יש להתקין מערכת סולארית פעילה במקום שטוף שמש. חשמל סולארי פעיל דורש כמות גדולה של אנרגיה סולארית.
מערכות חשמל סולאריות אקטיביות משתמשות באלקטרוניקה, מאווררים וציוד מכאני וחשמלי אחר כדי לעבד את האנרגיה שנוצרת על ידי השמש. מנגנונים אלה יכולים להיות מאווררים להזרמת אוויר חם, משאבות מים או עוקבים סולאריים. עוקבים סולאריים חשובים לשיפור המרת אנרגיה סולארית, מכיוון שהם עוזרים לשמור על התאמה מיטבית של הפאנלים עם השמש.
שיטות סולאריות פסיביות קיימות כבר אלפי שנים, והן פועלות על ידי ניצול החום והאור של השמש. שיטות סולאריות פסיביות משתמשות בחום הטבעי של השמש כדי לחמם ולקרר את הבית. ישנם יתרונות רבים לשיטות סולאריות פסיביות, כולל העובדה שהן אינן דורשות מכשירים חשמליים או מכניים.
חשמל סולארי פעיל הוא היעיל ביותר באקלים שטוף שמש, וניתן להתקין אותו הן על גגות והן על מערכות צמודות קרקע. מערכות צמודות גג הן השיטה הנפוצה ביותר באזורים עירוניים, אך הן דורשות שטח גג רב. מערכות צמודות קרקע יכולות להיות אופציה אם יש לך חצר גדולה. יש אנשים שמגלים שמבנים ועצים שכנים יכולים לחסום את אור השמש מלהגיע לפנלים.