סולארית ניתן לנצל אנרגיה סולארית במספר דרכים שונות. זה יכול לשמש לייצור חשמל, להפקת אנרגיה תרמית, ואפילו להשתלב בארכיטקטורה. הנה כמה דוגמאות. מים חמים סולאריים הם דוגמה לשיטה המשתמשת באנרגיה סולארית. תאים פוטו–וולטאיים הם סוג נוסף של אנרגיה סולארית.
תאים
פוטו–וולטאיים פועלים על ידי קליטת פוטונים מהשמש. פוטונים הם צרורות קטנות של אנרגיה אלקטרומגנטית שנעה במהירות של 300,000 קמ"ש. כאשר הפוטונים הללו פוגעים בתאי השמש, החומר שבתאי השמש סופג מספיק מהאנרגיה שלהם כדי להפיל אלקטרונים. אלקטרונים אלה נודדים לאחר מכן אל המשטח הקדמי של התא הסולארי. המשטח הקדמי של התא הסולארי מטופל במיוחד כדי להיות קליט יותר לאלקטרונים חופשיים אלה. כאשר האלקטרונים התועים נעים בתא, הם יוצרים זרם חשמלי.
כמות החשמל שתאים סולאריים יכולים לייצר תלויה ביעילות התאים הסולאריים, בכמות השמש שהאזור מקבל על בסיס שנתי ובסוג ההתקנה. מאז אמצע שנות ה-90, רוב מערכות ה–PV בארצות הברית מחוברות לרשת, או על מבנים או בתים, או משמשות לייצור חשמל עבור תחנות כוח בקנה מידה שירות. מדיניות ממשלתית ותמריצים פיננסיים סייעו גם להגדיל את השימוש ב–PV באופן משמעותי בשנים האחרונות.
תאים סולאריים העשויים מסיליקון יכולים להיות מסווגים כסוג n או מסוג p. תאים פוטו–וולטאיים סיליקון pn junction הם בדרך כלל יעילים יותר מאשר תאים סולאריים מסוג n. עם זאת, לשימוש יבשתי יש עוצמה סולארית נמוכה יותר, כלומר תפוקת הכוח קטנה יותר. בנוסף, אדי מים ופחמן דו חמצני סופגים אנרגיה באורכי גל קרובים לאינפרא אדום.
סיליקון הוא החומר המוליך למחצה הנפוץ ביותר בשימוש בתאים פוטו–וולטאיים. חומר זה מהווה כ-95% מהמודולים הסולאריים הנמכרים כיום. היסוד השני בשכיחותו בכדור הארץ אחרי חמצן, סיליקון משמש גם לייצור שבבי מחשב. חומר זה מסודר בסריג קריסטל, מה שהופך את תהליך המרת האור לחשמל ליעיל יותר.
התהליך הפוטו–וולטאי דומה לפוטוסינתזה, התהליך שבו צמחים ממירים אנרגיה באור לאנרגיה כימית. עם זאת, בניגוד לפוטוסינתזה, תאים סולאריים אינם יכולים לייצר חשמל בחושך. במקום זאת, הם אוגרים חלק מהאנרגיה שפותחה תחת האור ומשחררים אותה כשצריך. אנרגיה זו מאוחסנת לאחר מכן בסוללת אחסון אלקטרוכימית.
חוקרים עובדים כל הזמן על דרכים חדשות לשיפור תאים פוטו–וולטאיים. אחת ההתקדמות החשובות ביותר היא היכולת להמיר את אור השמש לחשמל. תא סולארי יכול להיות עשוי ממולקולות או פולימרים אורגניים, בהתאם להרכב. עם זאת, לתאים אורגניים יש יעילות המרה נמוכה ואורך חיים מוגבל.
תרמית סולארית
מרוכזת אנרגיה תרמית סולארית מרוכזת היא מקור אנרגיה חדש המשתמש בחום השמש לייצור חשמל. סוג זה של מקור אנרגיה צובר פופולריות שוב, הודות להתקדמות בפאנלים פוטו–וולטאיים. פאנלים סולאריים אלה פועלים על ידי המרת אור השמש לחשמל באמצעות מוליכים למחצה. עם זאת, לטכנולוגיות אלו יש מספר מגבלות, כולל אחסון אנרגיה לא מספק.
ראשית, מפעלי CSP דורשים קרינת שמש גבוהה כדי לפעול ביעילות. עדיף לאתר את הצמחים באזורים שאינם מפוזרים מדי. המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת העריכה שלאזורים בדרום מערב ארה"ב יש את הפוטנציאל הגדול ביותר לייצור CSP. הם גם חסכוניים ביותר כאשר הם בנויים בכמויות של עד 100 מגה וואט. בדרך כלל, מפעלים אלה דורשים כחמישה עד עשרה דונם של קרקע לכל MW של קיבולת. מפעלים גדולים יותר עשויים לשלב גם מערכות אחסון אנרגיה תרמית.
מערכות חשמל תרמיות סולאריות מרוכזות משמשות בדרך כלל לפרויקטים בקנה מידה שירות. מפעלי CSP מגיעים במגוון תצורות, כולל מערכות מגדלי חשמל המשתמשות במגדל מרכזי כדי למקד את אור השמש למקלט. לחלופין, צמחי CSP ליניאריים משתמשים בשורות של מראות כדי למקד את אור השמש לצינורות מקבילים. מערכות CSP קטנות יותר זמינות גם עבור יישומים מבוזרים.
מערכות סולאריות תרמיות מרוכזות הן דרך מצוינת לייצר אנרגיה נקייה ומתחדשת. הם משתמשים במראות כדי לרכז את אור השמש, שבתורו מחמם מים. לאחר מכן נוזל זה מתחמם כדי לייצר קיטור המפעיל טורבינה ומייצר חשמל. יתרון נוסף לריכוז אנרגיה תרמית סולארית הוא שניתן לאגור את החום הנקלט ולהשתמש בו בזמנים בהם השמש אינה באור שמש ישיר.
המפעל הראשון שהשתמש באנרגיה סולארית מרוכזת נבנה בשנת 1968 בסנט'אילאריו, ליד גנואה, איטליה. המפעל היה המבשר למפעלי מגדלי הכוח של היום והפיק 1 MW של קיטור מחומם. Solar One, מפעל דומה, הוסב ל–Solar Two בשנת 1995. הדגם החדש יותר השתמש בתערובת מלח מותך כנוזל המקלט.
מדינות מתפתחות פונות יותר ויותר למקורות אנרגיה מתחדשים. על פי דו"ח של האו"ם, ההשקעות בטכנולוגיות אנרגיה מתחדשת במדינות מתפתחות גדלו פי עשרה מאז 2007. עם זאת, בעוד שטכנולוגיות פוטו–וולטאיות סולאריות הן הפופולריות ביותר, חלק מהמדינות המתפתחות פונות כעת לתרמית סולארית מרוכזת. טכנולוגיה חדשה זו יכולה לספק אנרגיה נקייה תוך פתרון בעיות הפסקות הקשורות לאנרגיה סולארית.
חשמל סולארי
מרוכז גנרטורים חשמליים סולאריים מרוכזים הם סוג של מערכת אנרגיה סולארית המשתמשת בחום מרוכז לייצור חשמל. מערכת אחת יכולה לייצר יותר כוח מאלף תחנות כוח גדולות פחמיות או גז טבעי. המערכת משתמשת בסדרה של מראות מעוקלות כדי לאסוף אנרגיית חום מהשמש ולמקד אותה לצינור.
המפעל הסולארי המרוכז הראשון נבנה בשנת 1968 ליד גנואה, איטליה. היא דמתה לתחנות מגדלי הכוח של היום והייתה תחנת הכוח הסולארית הגדולה ביותר באותה תקופה. תחנת הכוח הסולארית הפיקה מגה וואט אחד באמצעות קיטור מחומם. ואז, ב-1981, נבנה Solar One בדרום קליפורניה. Solar One הוסבה מאוחר יותר ל–Solar Two, שהשתמשה בתערובת מלח מותכת (60% נתרן חנקתי ו-40% אשלגן חנקת) כנוזל העבודה ונוזל המקלט.
אנרגיה סולארית מרוכזת יכולה להיקרא גם תרמו–חשמל סולארית. החום מאנרגיה סולארית מרוכזת משמש לרוב לחימום תחנות כוח קונבנציונליות, או לתהליכים תעשייתיים. במקרים מסוימים, אנרגיה סולארית מרוכזת יכולה לשמש אפילו לקירור או חימום. בספרד, תחנת הכוח אשלים, שהיא כיום המגדל הסולארי הגבוה בעולם, היא דוגמה לטכנולוגיה זו. היא מעסיקה יותר מחמישים אלף הליוסטטים לרתום אנרגיה סולארית. תחנת כוח סולארית נוספת היא PS10 באנדלוסיה.
אנרגיה סולארית מרוכזת פופולרית יותר ויותר בארצות הברית, במיוחד באזור חגורת השמש. סוג זה של אנרגיה סולארית יעיל במיוחד במדינות דרום ודרום מערב, ואף יכול לאגור אנרגיה תרמית. אזור חגורת השמש ממוקם בחלק גדול מהמדינה, כולל ג'ורג'יה, דרום קרוליינה, אלבמה, מיסיסיפי, לואיזיאנה וניו מקסיקו.
בין תחנות כוח סולאריות ריכוזיות, Crescent Dunes היא הגדולה ביותר. המפתחים שלה הוציאו מאות מיליוני דולרים בפיתוח הטכנולוגיה. לאחר מכן הם בנו שני מתקני CPS במדבר מוהאבי. נכון לשנת 2016, הפרויקט עלה למשלם המסים למעלה ממיליארד דולר. היא גם הפסידה כמעט 120 מיליון דולר מכספי ציבור ואיבדה משקיעים פרטיים.
חברת Sky Power Solutions הציגה לאחרונה מערכת ריכוזי מגורים שיכולה להפחית את צריכת החשמל ב-30-40%, לפי אתר החברה. היא גם טוענת שלקוחות יראו הפחתה של 40% בחשבון החודשי שלהם. מערכת חשמלית סולארית מרוכזת מבית Sky Power Solutions עולה בסביבות 5,000 דולר ו-3,800 אירו, תלוי בדגם.
מים חמים
סולאריים מערכות מים חמים סולאריות משתמשות באנרגיה של השמש כדי לחמם מים. במקום להשתמש בחשמל להפקת חום, מערכות מים חמים סולאריות רותמות את אנרגיית השמש לחימום מים לשימושים שונים. ישנם שני סוגים עיקריים של מערכות: פסיבית ואקטיבית. מערכות פסיביות אוספות אנרגיית שמש ומזרימות אותה למיכל אגירה, בעוד שמערכות אקטיביות שואבות מים ישירות למחמם מים.
דודי שמש הופכים פחות נפוצים בגלל הירידה הדרמטית בעלויות של פאנלים סולאריים. אנשים רבים שהיו מתקינים דודי שמש בחרו מאז להשתמש בחשמל מפאנלים סולאריים כדי לחמם את המים שלהם במקום. בנוסף, דודי שמש תופסים מקום יקר, כך שמי שרוצה למקסם את המקום עשוי לבחור לוותר עליהם.
ניתן להתקין בביתכם מערכות מים חמים סולאריות ויכולות להפיק כמות ניכרת של מים חמים. החום שנוצר ממערכת מים חמים סולארית יכול לשמש לרחצה, מקלחת או ברזים חמים. מערכות מים חמים סולאריות טיפוסיות יכולות לייצר כ-10 אחוז מהמים החמים הנדרשים למשק הבית שלך.
אתה יכול לקנות מערכת מים חמים סולארית לבית שלך מיצרנים רבים. עם זאת, חשוב לבחור במתקין מקצועי ובעל ניסיון בתהליך ההתקנה. זה יבטיח שהמערכת מותקנת כהלכה. עם זאת, ניתן לרכוש גם רכיבים בודדים למערכות מים חמים סולאריות. חברות רבות מייצרות גם רכיבים בודדים וגם מערכות מים חמים סולאריות שלמות.
קבוצת טקסס סולאר היא אחת החברות המובילות בתעשיית המים החמים הסולאריים. חברה זו מייצרת מערכות מים חמים סולאריות מלאות ומערכות סולאריות לחימום מים חמים. הפתרונות שלהם ידועים באמינותם, העמידות והאלגנטיות שלהם. הם בחירה מצוינת עבור פרויקטים למגורים ומסחריים כאחד. הם יכולים לעזור לך לקבוע את מערכת המים החמים הסולארית הטובה ביותר עבור הצרכים שלך.