תא סולארי, תא פוטו וולטאי, הוא האלמנט הבסיסי המרכיב את הפאנלים הסולאריים במערכת לייצור חשמל סולארי מאנרגית השמש. אנרגיה מתחדשת שמאפשרת לנו לייצר חשמל בלי לפגוע או לזהם את הסביבה. התא הסולארי, תא פוטו וולטאי, קולט את אנרגית השמש וממיר אותה לחשמל. התאים הקטנים האלו נמצאים בבסיס תקוות אנושיות גדולות מאוד מבחינה סביבתית, אקולוגית, כלכלית ומדינית.
אם אתם מתלבטים לגבי הקמה של מערכת לייצור חשמל סולארי על הגג שבבעלותכם, גג פרטי או גג מסחרי, במאמר הזה כאן, נפרט קצת יותר על התא הסולארי שבבסיס המערכת.
בכל שעה שהשמש נמצאת בשמיים היא שולחת לכדור הארץ אנרגיה בכמות שמשתווה לזו שהעולם צורך בשנה שלמה. כמובן שאין לנו אפשרות לנצל את כל האנרגיה הזו לצורך הפקת חשמל, אך נתון זה מלמד משהו על הפוטנציאל העצום של האנרגיה הסולארית ועל הדרך הארוכה שעוד יש לעשות מבחינת מחקר ופיתוח.
תא פוטו-וולטאי
תא סולארי פועל על בסיס האפקט הפוטו-וולטאי שמאפשר לבצע המרה פיזיקאלית של פוטונים הנקלטים מקרינת השמש לחשמל – מכאן פוטו = אור, וולטאי = חשמלי. יש מגוון רב של מכשירים ויישומים שמייצרים חשמל מאנרגיה סולארית, החל בשעוני יד ועד פאנלים סולאריים גדולים במערכות לייצור חשמל, אך יחידת הבסיס של כולם היא תא סולארי קטן ופוטו-וולטאי.
העיקרון הבסיסי שעל בסיסו פועל תא סולארי הוא שכבות (לרוב שתיים) של סיליקון גבישי כאשר על כל שכבה יש תוספת זעירה של יסודות נוספים שהם לרוב בורון על צד אחד וארסן על צד שני. הסיליקון (צורן) הוא יסוד שנמצא בשפע בטבע וגם ניתן לייצר אותו באופן מלאכותי, כך שהשימוש בו לכשעצמו אינו מהווה פגיעה סביבתית. בגלל הדרך שבה כל יסוד כזה נקשר לסיליקון נוצר מצב של חוסר יציבות אלקטרונים (עודף בצד אחד וחוסר בצד שני), שני הצדדים מקושרים יחד בעזרת חיווט היוצר מעגל.
כאשר אור שמש ברמת האנרגיה הנכונה פוגע בתא הסולארי ובעיקר בשכבה שבה יש עודף אלקטרונים והיא נמצאת בחלקו העליון של התא (שכבת N) משתחררים חלק מהאלקטרונים החופשיים הללו ובאופן טבעי הם עוברים במעגל החיווט ויוצרים זרם חשמלי. פעולה זו מיושמת רק אם שתי שכבות התא הסולארי לחוצות זו אל זו במדויק ומחווטות כראוי.
בשלב זה הזרם שנוצר באפקט הפוטו-וולטאי מתקדם במערכת הסולארית ובלוחות הסולאריים והוא עדיין זרם ישר (DC), כך שבישראל יש להמיר אותו באמצעות ממיר זרם שמותקן אחרי הפאנלים הסולאריים וממיר אותו לזרם חילופין (AC). כמו כן, לרוב יש צורך להתאים את המתח החשמלי שמגיע מהתאים והלוחות הסולאריים למתח של הרשת החשמלית אליה מוזרם החשמל.
במקרים מסוימים חלק מהזרם החשמלי זורם חזרה לשכבה הראשונה על התא הסולארי, שכבה שכעת חסרים בה אלקטרונים, והתהליך יכול להתרחש שוב ושוב בהתאם לקרינת השמש כמובן.
תא סולארי כחלק מפאנל סולארי
תא סולארי לבדו מספק כמות מוגבלת וקטנה מאוד של חשמל, לכן מערכות גדולות לייצור חשמל מאנרגיה סולארית מורכבים בפועל ממערך גדול של קולטים סולאריים (לוחות סולאריים, מודולים פוטו-וולטאים). פאנלים אלו כוללים מספר גדול של תאים סולאריים המחוברים זה לזה, הפאנלים עצמם והתאים מחוברים בטור או במקביל בהתאם לדרישות המתח או הזרם של המערכת וכל החשמל המיוצר בתאים מועבר באופן אחיד למערכת ההולכה של המערכת.
יעילות ונצילות התא הסולארי
רמת הנצילות של התא הסולארי הראשון הייתה כ-1% בלבד – כך שמתוך 100% קרינת שמש שהתא ספג, הוא ייצר חשמל ביעילות של 1% בלבד. כיום, הנצילות עדיין מהווה נושא משמעותי ובעייתי במידה מסוימת בתחום הפוטו-וולטאי ופאנלים סולאריים מציעים נצילות ויעילות של כ-20%. בעתיד צפויים פיתוחים (שחלקם מפותחים בישראל) שיגבירו את הנצילות בצורה מהותית.
תא סולארי ופאנל סולארי אמורים לספק חשמל ביעילות ובאמינות למשך לפחות 20 שנה.
עלות התא הסולארי – עלות מערכת לייצור חשמל סולארי
כאשר בוחנים עלות של תא סולארי, בוחנ ים למעשה עלות של הקמת מערכת סולארית פוטו-וולטאית. עלות זו נגזרת בעיקר משטח הגג הקיים בבעלותכם, בין אם מדובר בגג פרטי ובין אם בגג מסחרי.
עבור גגות פרטיים, וכן גגות של בניינים משותפים, נכון לשנת 2021, העלות נעה בין 60-100 אלף ש"ח השקעה. כאשר שטח הגג נע בין מינימום 50 מ"ר ועד כ 200 מ"ר. מעל שטח של 200 מ"ר, מדובר בגג מסחרי, מכיוון שכמות הייצור של החשמל עוברת לרמה מסחרית והעלויות וההכנסות שונות מעט. אך בשני המקרים, מדובר על השקעה במערכת חשמל סולארי המניבה למשקיע תשואה יפה של 12-15% בשנה, מכאן שתוכלו לחשב את ההכנסה החודשית הצפויה לכם בהתאם לגובה ההשקעה ולשטח הגג שברשותכם.
אולי יעניין אותך גם:
שת"פ בין משרד החקלאות לבין משרד האנרגיה יקדם חקלאות אגרו-וולטאית
