אנרגיה סולארית היא משאב מתחדש שיכול לייצר חשמל וחום. ניתן לקצור אותו באמצעות מגוון רחב של טכנולוגיות. זה יכול לשמש גם באדריכלות. טכנולוגיות אלה הופכות פופולריות יותר ויותר ויכולות לעזור לך להפחית את חשבון האנרגיה שלך. להלן כמה מהדרכים לרתום אנרגיה סולארית. אלה כוללים פוטו–וולטאים, תרמית סולארית מרוכזת וקולטים בטמפרטורה גבוהה.
פוטו-וולטאים
האפקט הפוטו–וולטאי הובחן לראשונה על ידי אלכסנדר אדמונד בקוורל בשנת 1839. במהלך שנות ה-50 וה-60 של המאה ה-20, הוא שוכלל לשימוש בתוכניות חלל והפך למקור כוח מוכר ליישומים שאינם חלל. עם זאת, הטכנולוגיה לא הייתה זמינה באופן נרחב, ולכן פאנלים סולאריים היו יקרים מכדי לשמש בחלל. עם זאת, אנרגיה סולארית וטכנולוגיה פוטו–וולטאית הפכו כעת למקור אנרגיה חלופי פופולרי.
מערכות פוטו–וולטאיות סולאריות משתמשות בתאים סולאריים כדי להמיר את אור השמש לחשמל זרם ישר. ניתן להשתמש בחשמל זה להפעלת מגוון ציוד והתקנים אלקטרוניים. בעוד שרוב המודולים הפוטו–וולטאיים משמשים במערכות המחוברות לרשת, מערכות עצמאיות נמצאות בשימוש גם בדירות ובבתים מרוחקים. יישומים אחרים כוללים חישה מרחוק והגנה קתודית של צינורות.
טכנולוגיה פוטו–וולטאית היא גם בעלת ערך מכיוון שהיא יכולה לסייע בהפחתת שינויי האקלים על ידי פליטת פחות פחמן דו חמצני מאשר דלקים מאובנים. פוטו–וולטאיקה היא גם חלופה ניתנת להרחבה למקורות אנרגיה מסורתיים כגון פחם וגז. עם זאת, שימוש בחומרים יקרים ודלים עלול להפריע לצמיחת הטכנולוגיה.
מכיוון שאנו חיים בעולם שבו האנרגיה הולכת ונעשית נדירה יותר, זמינות האנרגיה הופכת גם לסוגיה פוליטית. הביקוש המוגבר לאנרגיה דרבן מחקר מוגבר על מקורות אנרגיה חלופיים. נכון לכתיבת שורות אלה, האנרגיה הסולארית אחראית כיום ל-5% מצריכת האנרגיה הכוללת של ארה"ב. בשנת 2014, הוערך כי למעלה מ-150 אלף איש הועסקו בתחנות כוח סולאריות.
מכשירים פוטו–וולטאיים משתמשים במוליכים למחצה כדי להמיר אור שמש לאנרגיה חשמלית. האנרגיה מאור השמש הזה משחררת אלקטרונים במוליכים למחצה. אלקטרונים אלה עוברים לאחר מכן דרך מעגל חשמלי ומניעים מכשירים חשמליים. הטכנולוגיה יכולה להניע בתים, מוצרי אלקטרוניקה קטנים ועסקים מסחריים.
מערכת סולארית מרוכזת – מערכות תרמיות
סולאריות מרוכזות (CST) משתמשות באור שמש מרוכז ליצירת חשמל. הטכנולוגיה כוללת שימוש בקולטים מעוקלים גדולים כדי למקד את קרני השמש על צינור מקלט ליניארי מלא בנוזל העברת חום. חום זה נאסף וניתן להשתמש בו כדי להפעיל מנוע חום לייצור חשמל או לאחסן אותו לשימוש מאוחר יותר. מערכות אלו נחשבות לחסכוניות ביותר בקנה מידה שירות, וישנן למעלה מ-100 מהן ברחבי העולם.
תחנות כוח תרמיות סולאריות מרוכזות הן היעילות ביותר כאשר הן בנויות באזורים שבהם קרינת השמש בשפע, אך לא מפוזרת מדי. המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) מודדת את העוצמה הרגילה הישירה של קרני השמש. פוטנציאל הייצור של טכנולוגיה זו הוא הטוב ביותר בדרום מערב ארה"ב. בדרך כלל, מפעל CSP ידרוש חמישה עד עשרה דונם של קרקע לכל מגה וואט קיבולת. מפעלי ה–CSP הגדולים יותר יצטרכו גם יותר מקום כדי להכיל אחסון אנרגיה תרמית.
מערכות חשמל תרמיות סולאריות מרוכזות משמשות בדרך כלל ביישומים בקנה מידה שירות. המערכות יכולות להיות בקנה מידה גדול או קטן וניתן לעצב אותן כדי לענות על צורכי אנרגיה שונים. במערכת מגדלי חשמל, מראות מסודרות מסביב למגדל. המראות ממקדות את קרני השמש לצינורות מקבילים שמקבלים את האנרגיה. ניתן להשתמש באנרגיה תרמית סולארית מרוכזת להפעלת בית או להפקת מים חמים לתהליכים תעשייתיים. זה יכול לשמש גם להתפלת מים.
טכנולוגיה תרמית סולארית מרוכזת היא דרך יעילה ביותר לרתום אנרגיה סולארית ולהפיק חשמל. החום המרוכז מאנרגיה סולארית מומר לחשמל באמצעות מנוע חום וגנרטור חשמלי. מכיוון שהחום מאוחסן, ניתן להשתמש בו כאשר אור השמש אינו זמין.
קולטים בטמפרטורה גבוהה קולטים בטמפרטורה
גבוהה לאנרגיה סולארית משמשים לאיסוף אנרגיית שמש בטמפרטורות גבוהות. הם משמשים בדרך כלל ביישומי מגורים, כגון חימום מים חמים. במהלך 2009, 88 יצרנים שלחו 13.8 מיליון רגל מרובע של קולטים תרמיים סולאריים. הרוב המכריע של מוצרים אלה נמכרים בארה"ב, כאשר 61 אחוז מהמשלוחים מגיעים לשוק הקמעונאי והשאר מגיעים לסיטונאים. בשנת 2010, ארבעה יצרנים מתכננים להציג קולטים תרמו סולאריים חדשים בטמפרטורות נמוכות, בעוד ש-16 חברות מתכננות להציג קולטים חדשים בטמפרטורות גבוהות.
ישנם שני סוגים בסיסיים של קולטי שמש בטמפרטורה גבוהה: קולטי כלים פרבוליים וקולטי שוקת. שני הסוגים פועלים בטמפרטורות סביב 180 מעלות פרנהייט. בגלל טמפרטורות ההפעלה הגבוהות שלהם, אספנים בטמפרטורה גבוהה נוטים להיות יקרים יותר מקולטים בטמפרטורה נמוכה.
יעילותם של קולטי שמש תלויה במידת יכולתם לספוג ולהעביר את אנרגיית השמש. ישנם מספר גורמים שקובעים את היעילות, כמו כמות הבידוד בקולט וקצב זרימת מדיום ההעברה דרך הקולט. קולט שמש נייח טיפוסי יכול ללכוד בין 25 ל-60 אחוז מהאנרגיה הזמינה.
אספנים בטמפרטורה גבוהה הם בדרך כלל יעילים יותר מקולטים בטמפרטורה נמוכה. הטמפרטורה של מדיום ההעברה היא בדרך כלל סביב 85 מעלות פרנהייט (180 מעלות פרנהייט). טמפרטורה זו גבוהה ב-50 מעלות מטמפרטורת הסביבה בחוץ. חום זה יכול לשמש לחימום חנויות חוות ומבני בעלי חיים. עם זאת, זה דורש יותר זמן להתחמם מאשר קולטים בטמפרטורה נמוכה.
קולטי השמש הטובים ביותר בטמפרטורה גבוהה מכילים צינורות מפונים. הוואקום שנוצר בין לוח הבולם לצינור הזכוכית מפחית מאוד את איבוד החום. אספנים אלה יקרים יותר מקולטים שטוחים. עם זאת, הם מהווים בחירה מצוינת עבור מערכות סולאריות אקטיביות של מים חמים.
חשמל
חשמל מאנרגיה סולארית הוא מזמן חלופה מבטיחה לדלקים מאובנים מסורתיים, במיוחד עבור מדינות מתפתחות. הוא מתחדש וניתן ליצור אותו בכל מקום, אפילו בלילה. סוג זה של אנרגיה שימושי במיוחד עבור משקי בית, מכיוון שאינו מייצר פליטת גזי חממה. גם חשמל מאנרגיה סולארית זול יחסית למקורות אנרגיה אחרים.
עם זאת, פוטנציאל תפיסת הקרקע על ידי אנרגיה סולארית מוגבל על ידי מספר גורמים, כולל היעדר תשתיות ומרחק ליישובים אנושיים. יתרה מכך, פרויקטים של אנרגיה סולארית על קרקע שהיא למעשה נקודה חמה למגוון ביולוגי או תפוסה על ידי קהילות אנושיות עלולות לגרום לחיכוכים מרחביים. התפתחויות אחרונות הראו שמתקנים סולאריים נבנים לעתים קרובות על קרקע שניתן להשתמש בה בצורה פרודוקטיבית יותר, כמו אדמה לעיבוד. זה הגביר את התחרות על הקרקע.
למרות שחשמל סולארי זול יותר מדלק מאובנים, הוא אינו יעיל כמו צורות אנרגיה אחרות. ההערכה היא שרק 20% מהאנרגיה מומרת לחשמל שמיש על ידי פאנל סולארי טיפוסי. לשם השוואה, מנוע של מכונית ממיר בנזין לאנרגיה ביעילות של 20%, והשאר מומר לאנרגיית חום. היעילות של מפעלי פחם וגז היא כ-35-40%.
לפאנלים סולאריים יש פוטנציאל לייצר חשמל למשקי בית במספר דרכים, מישיר ועד עקיף. שיטות ישירות לייצור חשמל מאנרגיה סולארית כוללות תאים פוטו–וולטאיים (PV), ואנרגיה סולארית מרוכזת. היעילות של תאי PV עלתה בשנים האחרונות ויכולה להגיע כעת עד ל-34.1% בתאים מרובי צומת. בנוסף, מערכות אנרגיה סולארית מרוכזות מציעות גם עתיד מבטיח בשל הקיבולת הגבוהה ויכולת אגירת האנרגיה שלהן.
חשמל המופק מאנרגיה סולארית יכול גם לעזור להפחית את טביעת הרגל הפחמנית שלך. השמש מייצרת כמעט 174,000 טרה–וואט של אנרגיה מדי שנה, מה שהופך את החשמל הסולארי למקור אנרגיה מתחדש שניתן לגשת אליו ברחבי העולם.
מים חמים
המרכיבים העיקריים של מערכת חימום מים סולארית הם קולט חום ומיכל אגירה. מערכת זו מתאימה ליישומים ביתיים, מסחריים ותעשייתיים. מאמר זה מציג את התכנון והבנייה השיטתיים של מערכת חימום מים סולארית. החומרים המשמשים במערכת כוללים זכוכית רגילה ופח אלומיניום. צינורות נחושת שימשו גם כצינורות נושאי נוזלים.
העלות של מערכת DSWH יכולה לנוע בין $4,000 ל-$7000, תלוי בגודל. בנוסף, הוא עשוי להיות זכאי לזיכוי מס פדרלי של 30%. לרכישה והתקנה של מערכת DSWH יש יתרונות רבים, כולל הימנעות ממעל אלפיים פאונד של פחמן דו חמצני בשנה ואספקת מים חמים ביתיים מאובטחים.
בעוד שדלקים מאובנים משמשים לעתים קרובות לחימום מים, אנרגיה סולארית הופכת פופולרית יותר ויותר כחלופה בת קיימא למערכות חימום מסורתיות. בניגוד לדלקים מאובנים, אנרגיה סולארית היא בחינם וניתן להשתמש בה לשימוש ביתי. בנוסף, ניתן להתקין דודי שמש במבנים מסחריים גדולים, שם הם מתאימים יותר למערכות גדולות יותר. SWH של 100 ליטר יכול להחליף גייזר חשמלי מסורתי במשק בית, בעוד 1000 יחידות מסוג זה של מערכת יכולות לעזור לחסוך מגה וואט אחד של חשמל בשעות השיא.
מספר יצרנים מייצרים דודי שמש. דודה דיזל, יצרנית מכונות דלק חלופי, מייצרת רכיבים לחימום מים סולארי, ו–SunEarth מוכרת מערכות אנרגיה סולארית ודודי שמש. יצרנים אחרים כוללים את Apricus ו–Rheem. מערכות חימום מים סולאריות אלו הן אופציה מצוינת לחימום בריכות שחייה וג'קוזי.
שלא כמו דודי שמש מסורתיים, מערכות חימום מים סולאריות דורשות מעט מאוד תחזוקה לאחר התקנתן. הם יכולים להחזיק מעמד עד 20 שנה ויכולים גם להוריד את טביעת הרגל הפחמנית של משק הבית שלך. התקנת מערכת חימום מים סולארית יכולה גם להוזיל את העלויות שלך ועשויה לזכות בהטבות מס.