מהי אנרגיה סולארית

אנרגיה סולארית היא אנרגיה נקייה ומתחדשת המופקת מקרינת השמש. בעזרת טכנולוגיות מתקדמות, אנחנו יכולים לתפוס את הקרינה הזו ולהפוך אותה לחשמל שמפעיל את הבתים שלנו, לחום למים שאנחנו משתמשים בהם, ואפילו להפעלת אמצעי תחבורה מתקדמים. בתקופה שבה העולם מחפש פתרונות לצמצום התלות בדלקים מאובנים ולהפחתת פליטות פחמן מזיקות, אנרגיה סולארית הפכה לחלק מהותי מתמהיל האנרגיה העולמי, עם צמיחה אדירה בשימוש בשנים האחרונות. במאמר זה נצלול לעומק ונבין בדיוק מהי אנרגיה סולארית, איך היא עובדת, מה היתרונות שלה, ומה צופן העתיד לאנרגיה המופלאה הזו.

איך אנרגיה סולארית עובדת: הפיכת אור השמש לחשמל 

השמש היא כור היתוך גרעיני עצום המשחרר כמויות אדירות של אנרגיה בצורה של קרינה אלקטרומגנטית. קרינה זו מגיעה לכדור הארץ בכמה צורות, כולל אור וחום שאותם אנחנו מרגישים ישירות. כדי "לתפוס" את הקרינה הזו, מערכות אנרגיה סולארית פוטו-וולטאיות משתמשות בתאים מיוחדים הממוקמים בתוך פאנלים סולאריים.

התאים הפוטו-ולטאיים עשויים מחומרים מוליכים למחצה, לרוב סיליקון. כאשר אור השמש פוגע בתאים הללו, הוא גורם לשחרור אלקטרונים בתוך החומר, ויוצר זרם חשמלי (זרם ישר – Direct Current או DC). זרם חשמלי ישר זה נלכד על ידי חיווט מובנה בפאנלים הסולאריים ומועבר למכשיר שנקרא ממיר (אינוורטר). תפקידו של הממיר הוא להפוך את הזרם הישר לזרם חילופין (Alternating Current או AC) שהוא סוג החשמל שבו משתמשים רוב הבתים והמכשירים החשמליים שלנו.

בהחלט, בואו נצלול לנושא הסוגים השונים של הטכנולוגיות הסולאריות הנמצאות כיום בשימוש:

סוגי טכנולוגיות סולאריות

בעוד המונח "אנרגיה סולארית" פעמים רבות מקושר אוטומטית עם פאנלים מייצרי-חשמל, ישנן למעשה כמה דרכים לתפוס ולנצל את כוחה של השמש:

פאנלים סולאריים פוטו-וולטאיים (PV)

הסוג השכיח ביותר. פאנלים אלה מורכבים מתאי סיליקון הממירים ישירות אור שמש לחשמל, כפי שהוסבר בחלק הקודם. הם משמשים במגוון רחב של יישומים, החל מפאנלים קטנים על גגות בתים ועד מערכים סולאריים בקנה מידה עצום המשתרעים על שטחים נרחבים.

מערכות סולאריות תרמיות

טכנולוגיות אלו משתמשות בחום השמש, במקום באור, לצרכי חימום. דוגמה נפוצה היא דוד שמש, המנצל את חום השמש לחימום מים לשימוש ביתי. במערכות תרמו-סולאריות ניתן להשתמש גם לריכוז חום השמש לצורך בישול (תנורי שמש) או לייצור טורבינות קיטור המייצרות חשמל.

מערכות סולאריות מרכזות (CSP)

מערכות CSP בקנה מידה תעשייתי מנצלות מערך גדול של מראות קעורות או שטוחות לריכוז קרני השמש למקום אחד. החום המרוכז יכול לשמש ישירות לחימום נוזלים או להמרה לחשמל באמצעות טורבינות. מערכות אלו מתאימות לייצור חשמל בכמויות גדולות.

מערכות פוטו-וולטאיות מהוות את עיקר השוק העולמי של אנרגיה סולארית, אך השילוב של מגוון טכנולוגיות סולאריות מאפשר להפיק את המרב מאנרגיית השמש ולייעל את ניצולה לצרכים השונים שלנו.

מרכיבים עיקריים במערכת סולארית

פאנלים סולאריים (או קולטי שמש)

הלב של המערכת. הפאנלים הם שאחראים לתפיסת אנרגיית השמש והמרתה לחשמל (במקרה של פאנלים פוטו-וולטאיים) או לחימום מים (במקרה של דוד שמש). חשוב לבחור פאנלים איכותיים בעלי יעילות גבוהה על מנת למקסם את ייצור האנרגיה.

ממיר (אינוורטר)

כפי שהזכרנו קודם, הממיר הופך את הזרם הישיר (DC) המיוצר על ידי הפאנלים לזרם חילופין (AC) המשמש את מערכות החשמל הביתיות. ישנם ממירי מיתרים (String Inverters), ממירי מיקרו (Microinverters) ועוד, וכל סוג בעל יתרונות וחסרונות משלו.

אמצעי אגירת אנרגיה (לא תמיד חובה)

סוללות מאפשרות לאגור את החשמל המיוצר על ידי המערכת הסולארית לשימוש בשעות שאין בהן שמש, כגון בלילה או בימים מעוננים. אגירת אנרגיה חשובה במיוחד אם רוצים להשיג עצמאות אנרגטית ולהתנתק מחברת החשמל, או אם נמצאים באזור עם הפסקות חשמל רבות.

מבנים ותשתית

מערכות סולאריות מותקנות בדרך כלל על גגות (משופעים או שטוחים) או על הקרקע. מבנים אלו צריכים להיות חזקים מספיק כדי לתמוך במשקל הפאנלים ולעמוד בתנאי מזג אוויר שונים. בנוסף, ישנו חיווט חשמלי המחבר בין המרכיבים השונים במערכת.

יתרונות אנרגיה סולארית 

אנרגיה מתחדשת ובלתי מתכלה

השמש היא מקור אנרגיה עצום שצפוי להמשיך לזרוח מיליארדי שנים קדימה. בניגוד לדלקים מאובנים כמו נפט, פחם וגז טבעי, המהווים משאבים מתכלים, אנרגיה סולארית היא נקייה ובלתי מוגבלת.

מקור אנרגיה נקי

ייצור חשמל מאנרגיה סולארית לא מייצר פליטות גזי חממה, מזהמי אוויר או פסולת רדיואקטיבית. תרומה אדירה למאבק במשבר האקלים על ידי הפחתת ההסתמכות על דלקים המזהמים את הסביבה שלנו.

זמינות ונגישות

אנרגיית השמש זמינה ברוב חלקי העולם, מה שהופך את הטכנולוגיה הסולארית לפתרון בר-קיימא לאספקת אנרגיה גם באזורים מבודדים שאין להם גישה נוחה לרשת החשמל המסורתית.

הפחתת התלות במקורות אנרגיה מזהמים

על ידי התקנת מערכת אנרגיה סולארית ביתית או עסקית, ניתן להפחית משמעותית, ואפילו להימנע לגמרי, מתלות בחברת החשמל. זה לא רק מסייע להפחתת זיהום האוויר, אלא גם יכול להגן מפני עליות פתאומיות במחירי החשמל.

פוטנציאל לחיסכון בעלויות חשמל

אמנם ההשקעה הראשונית במערכת סולארית עשויה להיות משמעותית, לאורך זמן היא יכולה להוביל לחיסכון ניכר בחשבונות החשמל, במיוחד באזורים בהם תעריפי החשמל גבוהים. לעיתים קרובות קיימות גם תוכניות ממשלתיות ותמריצים המקלים על ההיבט הכלכלי של מעבר לאנרגיה סולארית.

יצירת מקומות עבודה ותמיכה בכלכלה

תעשיית האנרגיה הסולארית נמצאת בצמיחה אדירה, מה שמייצר אלפי מקומות עבודה במגוון תחומים: ייצור, מחקר, התקנה ותחזוקה של מערכות סולאריות. השקעה באנרגיה סולארית מסייעת לביסוס ענף כלכלי יציב ובר קיימא.

חסרונות ואתגרים של אנרגיה סולארית

תלות במזג האוויר ובעונות השנה

כמות קרינת השמש המגיעה לכדור הארץ משתנה בהתאם למזג האוויר, העונה, ושעת היום. בימים מעוננים או בלילה, מערכות סולאריות מייצרות פחות חשמל. לכן, יש צורך באופציה לאחסון אנרגיה או להישאר מחוברים לרשת החשמל המסורתית לצורך גיבוי במקרה הצורך.

יעילות (ניצולת) מוגבלת והשתכללות טכנולוגית

בעוד שהטכנולוגיה הסולארית משתפרת בקצב מהיר, יעילות הפאנלים הסולאריים בהמרת אור השמש לחשמל עדיין מוגבלת. פאנלים מסחריים כיום נעים לרוב בטווח של 15%-22% יעילות, מה שאומר שהם מנצלים רק חלק קטן מאנרגיית השמש הפוגעת בהם. מדענים ומפתחים עובדים ללא הרף על פיתוחים טכנולוגיים שיגדילו את היעילות.

עלויות התקנה ראשוניות

הקמת מערכת סולארית, במיוחד מערכת גדולה, עשויה להיות יקרה. בעוד שבטווח הארוך יש פוטנציאל לחיסכון משמעותי, ההשקעה הראשונית עשויה להוות חסם עבור אנשים ועסקים רבים. חשוב לבחון את העלויות לעומת החיסכון הפוטנציאלי על פני זמן ולבחון תמריצים ממשלתיים שיכולים לסייע.

צורך בשטחים ייעודים למערכות גדולות

התקנת מערכות סולאריות בהיקף גדול, כמו שדות סולאריים, מצריכה שטחים נרחבים שעשויים להתחרות בשימושי קרקע אחרים כגון חקלאות או דיור. חשוב לתכנן בצורה מושכלת את הפריסה של מערכות סולאריות גדולות כדי למזער השפעה שלילית אפשרית על הסביבה

אגירת אנרגיה

כדי לנצל באופן מקסימלי את האנרגיה שמייצרת מערכת סולארית, במיוחד בשעות שבהן אין שמש ישירה, יש צורך בסוללות או אמצעי אגירה אחרים. טכנולוגיות סוללה מתפתחות במהירות, אך עדיין מהוות תוספת יקרה יחסית למערכת סולארית.

אנרגיה סולארית בישראל ובעולם 

מדינות מובילות

סין מובילה את העולם בייצור והתקנה של אנרגיה סולארית, ואחריה ארצות הברית, יפן, הודו, וגרמניה. יחד, מדינות אלו מהוות חלק משמעותי מצמיחת השוק הסולארי העולמי.

צמיחה גלובלית

לפי הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה (IEA), השימוש באנרגיה סולארית נמצא בצמיחה מתמדת, עם גידול משמעותי בקיבולת המותקנת מדי שנה. מערכות סולאריות הפכו לאחת מצורות ייצור החשמל הזולות ביותר במדינות רבות.

ישראל

בשנים האחרונות חלה התקדמות בתחום האנרגיה הסולארית בישראל, עם עלייה ברמת הייצור, התקנת פאנלים על גגות רבים, והקמת מתקנים סולאריים בקנה מידה בינוני וגדול. הממשלה הציבה יעדים שאפתניים להגדלת חלקה של אנרגיה מתחדשת במשק החשמל, בהן אנרגיה סולארית.

פרויקטים סולאריים בולטים בעולם

כמה מהפרויקטים הסולאריים הגדולים בעולם כוללים את Bhadla Solar Park בהודו (קיבולת של למעלה מ-2.2 גיגה-וואט), מתקן Tengger Desert Solar Park בסין (1.5 גיגה-וואט), ו-Benban Solar Park במצרים. פרויקטים אלו מדגימים את הפוטנציאל של אנרגיה סולארית לספק כמויות משמעותיות של חשמל נקי.

מגמות עתידיות

מומחים מעריכים כי אנרגיה סולארית תמשיך לצמוח במהירות בשנים הקרובות, וצפויה להפוך למקור ייצור החשמל הדומיננטי בעשורים הבאים. מחירי הטכנולוגיה ימשיכו לרדת, בעוד היעילות תמשיך לעלות.

העתיד של אנרגיה סולארית

התפתחויות טכנולוגיות מבטיחות

מחקר ופיתוח נרחבים מתמקדים בשיפור מתמיד של יעילות הפאנלים הסולאריים, מה שמוביל ליותר חשמל המופק מאותה יחידת שטח. פיתוחים בולטים כוללים פאנלים בטכנולוגיית תאים טנדמיים (Tandem cells), המאפשרים לקלוט טווח רחב יותר של אור השמש, ופאנלים גמישים ודקים במיוחד שניתן להטמיע במבנים ובמוצרים.

ירידה מתמשכת בעלויות

ככל שטכנולוגיות הייצור וההתקנה של מערכות סולאריות מתייעלות, עלויות האנרגיה הסולארית ממשיכות לרדת. מגמה זו הופכת את האנרגיה הסולארית לנגישה וברת השגה עבור יותר ויותר אנשים ועסקים, ומתמרצת את צמיחת התחום.

פתרונות חדשניים ומשולבים

חוקרים עובדים על דרכים לשלב מערכות סולאריות עם שימושים מקבילים באותו שטח קרקע. דוגמה מרתקת היא חקלאות אגרו-וולטאית (Agrophotovoltaics), המשלבת ייצור חשמל עם גידולים חקלאיים. בנוסף, ישנם פיתוחים של פאנלים סולאריים צפים על מאגרי מים המאפשרים לנצל שטחים אלו לייצור חשמל.

חשיבות האנרגיה הסולארית בהתמודדות עם משבר האקלים

מומחים מכירים בכך שלאנרגיה סולארית יהיה תפקיד משמעותי בדה-קרבוניזציה של מגזר החשמל ובהפחתת פליטות גזי חממה גלובליות. ממשלות רבות משקיעות בתמריצים ובמדיניות התומכת בהאצת המעבר לאנרגיות מתחדשות, כאשר אנרגיה סולארית נמצאת בראש סדר העדיפויות.

שאלות נפוצות על אנרגיה סולארית 

מהי העלות של התקנת מערכת סולארית ביתית?

 העלות המדויקת משתנה בהתאם לגודל המערכת, סוג הציוד, מורכבות ההתקנה, ותמריצים ממשלתיים שניתנים באותה עת. חשוב לקבל הצעות מחיר מכמה חברות מתקינות ולקחת בחשבון לא רק את עלות ההתקנה הראשונית אלא גם את החיסכון הפוטנציאלי על פני שנים.

כמה זמן לוקח להחזיר את ההשקעה?

 משך הזמן להחזר ההשקעה (החזר ROI) תלוי במספר גורמים, כולל תעריפי החשמל באזור שלך, כמות החשמל שמייצרת המערכת, והאם קיבלת מענקים ממשלתיים. בממוצע, מערכת סולארית ביתית יכולה להחזיר את עצמה תוך 7-10 שנים, אם לוקחים בחשבון את החיסכון בחשבונות החשמל.

האם מערכת סולארית דורשת הרבה תחזוקה?

 ברוב המקרים, מערכות סולאריות דורשות תחזוקה מינימלית. מומלץ לנקות את הפאנלים לפחות פעם בשנה, ולבצע בדיקות תקינות תקופתיות של הציוד. באופן כללי, מערכות סולאריות ידועות כאמינות מאוד.

האם אנרגיה סולארית מתאימה לבית שלי?

 התאמה של אנרגיה סולארית לבית ספציפי תלויה בגורמים כמו כיוון והטיה של הגג, היקף ההצללות מסביב, צריכת החשמל של משק הבית וכמובן ההיבט הכלכלי. חברות סולאריות מקצועיות יכולות לערוך הערכת התאמה לפני מתן הצעת מחיר להתקנה.

מה קורה אם המערכת הסולארית שלי מייצרת יותר חשמל ממה שאני צורך?

 במדינות רבות, כולל בישראל, ישנה אפשרות למכור את עודפי החשמל בחזרה לרשת החשמל ולקבל זיכוי בחשבון החשמל שלך. זה נקרא הסדר "מונה נטו" (Net Metering) והוא מעודד את אימוץ האנרגיה הסולארית.

סיכום 

אנרגיה סולארית היא מקור אנרגיה נקי, מתחדש ובלתי מוגבל, עם פוטנציאל עצום להפוך למקור החשמל הדומיננטי בעולם. הטכנולוגיה מתפתחת במהירות, הופכת ליעילה יותר ויותר ונגישה מבחינה כלכלית. לאנרגיה סולארית יתרונות סביבתיים וכלכליים ברורים, והיא ממלאת תפקיד מכריע בהפחתת התלות בדלקים מאובנים ובמאבק במשבר האקלים. בהתחשב בכל המידע שסקרנו, שילוב של אנרגיה סולארית במערך האנרגיה הביתי, העסקי, והלאומי הוא לא רק אפשרי – אלא גם חיוני לעתיד בר-קיימא שלנו.