מהי אנרגיה סולארית?

לפי ממצאים מדעיים, כדור הארץ קולט הרבה מאד אנרגיה סולארית, 173 טריליון טראבייט ליתר דיוק. זה למעשה פי עשרת אלפים מהשימוש של כלל אוכלוסיית העולם. נתונים אלה מאמתים את העובדה כי השמש היא מקור השמש הגדול ביותר בכדור הארץ ויתכן שיום אחד תהיה השמש המקור המהימן ביותר של אנרגיה.
באופן מסורתי, צרכי החשמל של העולם מולאו על ידי דלקי מאובנים כמו נפט, גזים טבעיים ופחם. אולם, למקורות אנרגיה אלה שתי השפעות שליליות עיקריות:
הם ממלאים תפקיד משמעותי בהתחממות הגלובאלית ובזיהום גשם חומצי, המשפיע באופן מזיק על הסביבה בכלל, ועל בעלי חיים, צמחים ובני אדם בסביבה.
למדינות מועטות יש גישה מלאה למקורות אנרגיה מדלקי מאובנים, והדבר עלול להוביל לחוסר יציבות גלובאלית, פוליטית וכלכלית.
האלטרנטיבה הטובה ביותר היא אנרגיה סולארית, שהיא אנרגיה מתחדשת, כלומר, היא לא נגמרת. היא תניב אספקה בלתי מוגבלת ויציבה לאורך זמן. אנרגיה סולארית היא אנרגיה ירוקה מפני שהיא אינה פולטת מזהמים במהלך תהליך ייצור האנרגיה.

אז מהי אנרגיה סולארית?

אנרגיה סולארית היא אנרגיה שנוצרת על ידי השמש בצורת חום ואור. זהו אחד ממקורות האנרגיה המתחדשים והזמינים ביותר על פני כדור הארץ. העובדה שזו אנרגיה זמינה בשפע, ללא עלות, ואינה שייכת לגוף או למדינה כלשהם, הופכת אותה לאחד מהמקורות החשובים ביותר של אנרגיה הלא קונבנציונלית. אנשים ניצלו את אנרגיה סולארית מימי קדם באמצעות שימוש בזכוכית מגדלת פשוטה על מנת לרכז את אור השמש לכדי קרן חמה עד כדי כך שהיא תגרום לפיסת עץ לעלות באש.
ניתן לנצל אנרגיה סולארית בעיקר באמצעות המרתה לאנרגיית חימום, או שניתן להמיר אותה לחשמל. אנרגיה סולארית היא אנרגיה הנרתמת מהשמש. הרתימה נעשית בשתי דרכים:

1. באמצעות הפקת חשמל
   טכניקה זו מנצלת מערכות פוטו-וולטאיות או תאים סולאריים הממירים את אנרגית השמש לחשמל. מערכות סולאריות (פוטו-וולטאיות) מייצרות חשמל היישר מאור השמש באמצעות תהליך חשמלי המתרחש באופן טבעי בסוגי חומרים מסוימים המוכרים בשם מוליכים למחצה.
   האלקטרונים המצויים בחומרים אלה, המשתחררים על ידי קרניים סולאריות, עוברות דרך מעגל חשמלי, ושולחות חשמל לרשת או מפעילות מכשירים חשמליים באופן ישיר. ניתן להשתמש בסוג זה של אנרגיה כדי להעניק אנרגיה לשעונים סולאריים, מחשבונים או תמרורי דרכים. דברים אלה מתבצעים לעתים קרובות במקומות שאינם מחוברים לרשת החשמל.
2. מתקני קליטה סולאריים
   קולט סולארי תרמי רותם חום באמצעות קליטת קרני השמש. טכניקה זו רותמת את אנרגיית השמש לצורכי חימום מים (לוחות סולאריים לדודי מים) לשימוש ביתי כמו מחממי מים, אמבטיות ובריכות שחיה. תחנות כוח סולאריות עושות שימוש בקולטים מורכבים יותר ליצירת חשמל באמצעות חימום נוזל והנעת טורבינה המחוברת לגנראטור. קולטים פשוטים משמשים בדרך כלל במבנים מסחריים ובבתי מגורים לחימום חללים.
   את האנרגיה הסולארית המומרת לחשמל ניתן לנצל מייד לתאורה או למתקנים אחרים רבים. מעבר לכך, ניתן לאחסן אותה בסוללות לשימוש עתידי. תאים סולאריים מייצרים בדרך כל זרם חשמל ישיר מסוג (DC). אולם, ניתן להמיר אותו ל-AC (זרם חלופי) תוך שימוש במתקן המוכר בשם אינוורטר (ממיר מתח מזרם ישר לזרם חלופי).
   ניתן לסווג את האנרגיה הסולארית באופן כללי כאנרגיה סולארית פעילה או פאסיבית, בהתאם לדרך שבה היא נתפסת, ולדרך שבה היא מנוצלת. באנרגיה סולארית פעילה, ציוד חימום סולארי משמש להמרת האנרגיה הסולארית לאנרגיית חימום, בשעה שבאנרגיה סולארית פאסיבית הציוד המכאני אינו נוכח. אנרגיה סולארית פעילה כוללת את השימוש בציוד מכאני כמו תאים פוטו-וולטאיים, קולטנים סולאריים תרמיים או משאבות ומאווררים הלוכדים את האנרגיה הסולארית.
   אנרגיה סולארית פאסיבית ממירה אנרגיה סולארית לאנרגיית חימום ללא שימוש במערכות מכאניות פעילות. מדובר בעיקר בשימוש בחלונות, קירות, עצים, מיקום הבניין וטכניקות פשוטות אחרות ללכידת או להסטת אור השמש לצרכי שימוש. חימום סולארי פאסיבי הוא דרך מצוינת לשימור אנרגיה ולניצול מקסימאלי שלה.

כיצד מומרת האנרגיה הסולארית?

הצעד הראשון בהמרת אנרגיה סולארית לחשמל היא התקנת תאים פוטו-וולטאיים (PV) או תאים סולאריים. פירוש המושג פוטו-וולטאי הוא אור וחשמל. תאים אלה עוצרים את אנרגיית השמש וממירים אותה לחשמל. תאים סולאריים אלה עשויים מחומרים המראים אפקט פוטו-ווטאי, כלומר כשקרני השמש מכות בתא פוטו-וולטאי, נוצרת תנועת אלקטרונים, שבסופו של דבר מייצרת זרם חשמלי.
כשמתעניינים ברכישת לוחות סולאריים, עדיף לדעת את האפשרויות הזמינות בשוק. הנה רשימה של המוצרים העיקריים:

• פוליקריסטלין – עושה שימוש בסיליקון מולטיקריסטלין
• מונוקריסטלין – פתרון אידיאלי למקומות קטנים
• סרט דק – בדרך כלל גדול יותר, ויעיל הרבה יותר בשעות היום

חוסר השוויון בין החומר המשמש לייצור מונוקריסטלין ופוליקריסטלין טמון במבנה מצע הסיליקון המנוצל לייצור תאים סולריים, ובסופו של דבר, לוחות סולאריים. כפי שרומז השם, משמעות המילה פוליקריסטלין היא ריבוי גבישים, בעוד מונוקריסטלין פירושו גביש יחיד. ככל שגודל הגביש גדול יותר, כך יהיה התא הסולארי יעיל יותר, מה שמסביר מדוע מונוקריסטלין יעילים בדרך כלל ב-10-15% יותר מגבישי פוליקריסטלין.

כיצד עובדים לוחות סולאריים?

הלוח הסולארי צריך להיות מותקן באזור פתוח שאינו נחסם על ידי עצים או מבנים כלשהם. גג הוא בדרך כלל המקום הטוב ביותר לכך. הלוח מחובר בחוטים וכבלים לבנין באמצעות אינוורטר. האינוונטר הוא מתקן הממיר AC (זרמים חלופיים) ל-DC (זרם ישיר). כך שבמקרה זה, הזרם החלופי הוא האנרגיה המיוצרת על ידי הלוחות הסולאריים. אנרגיה סולארית זו מומרת ל-AC. הסיבה להמרת הזרם הישיר לזרם חלופי היא כדי לאפשר לאנרגיה להיות מנוצלת על ידי מגוון מכשירים ביתיים בדיוק כפי שאתם מחברים את המכשירים החשמליים שלכם למערכת החשמל הנורמאלית.

דברים שיש לשקול לפני התקנת פאנלים סולאריים

לפני התקנת לוחות סולאריים, כדאי לכם לוודא שאנרגיה סולארית תעבוד לטובתכם ולטובת ביתכם. לאחר מכן, וודאו כי באזורכם אין מחסור באור השמש. קיימותה של אנרגיה סולארית משתנה מאד בהתאם לכמות השמש שאזור מסוים מקבל. אם אזורכם אינו נהנה מאור שמש בכמות מספקת, השקעה בלוחות סולאריים לא תהיה הפעולה הטובה ביותר.
לאחר שקבעתם שאזורכם מקבל כמות מספקת של אור שמש, ודאו שקיים שטח להתקנת לוחות סולאריים. למדנו שגגות הבתים הם המקום המתאים ביותר ללוחות סולאריים. אך זו אינה האפשרות היחידה. אם יש לכם חלל ריק ומיותר בחצר האחורית, יתכן שזה יהיה מקום אידיאלי להתקנה על הקרקע. אופציית החצר האחורית אידיאלית לאלה שהגגות שלהם מוצלים בכבדות או שאינם בנויים באופן שמתאים להתקנת לוחות סולאריים. כמו כן, חשוב מאד להכיר את החוק המקומי החל על התקנת לוחות סולאריים כדי להימנע מבעיות עם הרשויות המקומיות. 

השפעה חברתית

על אף שאנרגיה סולארית נחשבת לאחת ממקורות האנרגיה המתחדשת הנקיות ביותר מבין מקורות האנרגיה הקיימים, יש לה גם השפעות סביבתיות. אנרגיה סולארית עושה שימוש בתאים פוטו-וולטאיים ליצירת חשמל סולארי. אולם, ייצור התאים הפוטו-וולטאיים לייצור האנרגיה דורשים סיליקון ומייצרים פסולת. טיפול לא הולם בחומרים אלה עלול להוביל לחשיפה מסוכנת לבני אדם ולסבבה. התקנת תחנות כוח סולאריות עשויה לצרוך חלקת אדמה גדולה, שעשויה להשפיע על מערכות אקולוגיות קיימות. אנרגיה סולארית אינה מזהמת את האוויר כשהיא מומרת לחשמל באמצעות הלוחות הסולאריים. היא נמצאת בשפע ואינה תורמת בדרך כלשהי להתחממות כדור הארץ.

עתידה של האנרגיה הסולארית

לפני שניכנס לדיון כלשהו על עתידה של האנרגיה הסולארית, עלינו קודם כל לבחון כמה עובדות:

שינוי האקלים הוא תופעה אמיתית ואיום ממשי לבני האדם ולצורות אחרות של חיים על כדור הארץ.

אם אנחנו רציניים ברצוננו להפחית את הסיכון שילדינו יישאו בנטל העיקרי של ההשפעות החמורות של שינוי האקלים, עלינו לקחת תפקיד מוביל במזעור שיעור פליטת גזי החממה ב-80% עד לשנת 2050. כיון ש-60% מפליטת הגזים הגלובאלית נגרמת משימוש באנרגיה, חלה עלינו האחריות ליזום טכנולוגיות המאופיינות בפליטת פחמן נמוכה בקנה מידה עצום, החל מהיום.

אנרגיה סולארית היא מקור האנרגיה הגדול ביותר

בין אם היא מתחדשת או לא, גם מקורות אנרגיה אחרים, למעט אנרגיה גיאותרמית, אנרגיה גרעינית ואנרגיית גלים, נובעים מאור השמש. דלקים פוסיליים הם פשוט אנרגיה סולארית משולבת במשך עשרות שנים (באמצעות שרידי בעלי חיים וצמחים) כמו סוללות. כוח הגלים וכוח הרוח מקורם באנרגיה סולארית. בין מקורות האנרגיה המאופיינים בפליטה נמוכה של גזי פחמן, רק אנרגיית הרוח, האנרגיה הסולארית ואולי האנרגיה הגרעינית יכולים להגיע לרמת טראוואט (TW) הנדרשת לסיפוק הדרישה, הנמצאת בצמיחה מתמדת, לאנרגיה.

ישנה התפתחות משמעותית בטכנולוגיות של מערכות פוטו-וולטאיות סולאריות

הטכנולוגיה הפוטו-וולטאית מתפתחת מהר יותר מכל טכנולוגיית אנרגיה אחרת. הקיבולת של כל המערכות הפוטו-וולטאיות הוכפלה כל שנתיים מאז 2000, והגיע ל-200 שיאי-ג'גוואט (GWp) בשנת 2014. הצמיחה האקספוננטים הזו אינה מראה סימני האטה. אם הצמיחה המהירה של הטכנולוגיות הפוטו-וולטאיות תמשיך בכזה קצב יוצא דופן, הרי שאנרגיה סולארית, ללא צל של ספק, תספק את צרכי האנרגיה של העולם כולו במהלך העשור הבא.
עם זאת, נראה שעתיד האנרגיה הסולארית הוא עתיד ורוד, בהתחשב בכך שכלכלות גדולות כמו אלה של ארה"ב ושל סין מחויבות במיליארדי דולרים לפיתוח ולהתקנת טכנולוגיות אנרגיה סולארית. כמו כן, העובדה שאנרגיה סולארית היא אנרגיה מתחדשת הופכת אותה לאטרקטיבית מאד לממשלות העושות מאמץ להפחית את תלותן בדלקים פוסיליים.

אנרגיה סולארית יתרונות וחסרונות

אנרגיה סולארית היא אנרגיה שמקורה בשמש. לוחות סולאריים עושים שימוש באור השמש כדי לייצר חשמל. לוחות אלה מותקנים בדרך כלל על הגג בזוית הפונה אל השמש. מדינות בכל רחבי העולם משתמשות באנרגיה סולארית כדי להפחית את התלות שלהן בדלקי מאובנים (דלקים פוסיליים) והופכים את האנרגיה הסולארית לחלק ניכר מאספקת האנרגיה שלהן. בעלי בתים רבים עושים שימוש בלוחות סולאריים, על מנת להפחית את חשבונות החשמל החודשיים בכך שיפחיתו את הצורך בחשמל מחברות החשמל, ויובילו לחיסכון נוסף.
אנרגיה סולארית הפכה חשובה מאד בעולם בו אנחנו חיים. יחד עם זאת, יש דברים רבים שעלינו לשקול אם בכוונתנו לכלול את האנרגיה הסולארית בתכנית החיים שלנו. במאמר זה, נבחן מקרוב את נושא האנרגיה הסולארית על יתרונותיה וחסרונותיה בכדי שתוכלו לקבל החלטה מושכלת בשאלה האם תהיה זו הבחירה הנכונה עבורכם לשנות את מקורות האנרגיה שלכם.

יתרונות האנרגיה הסולארית

1. אנרגיה נקייה: לוחות סולאריים אינם פולטים זיהום; הזיהום היחיד שמתקיים כתוצאה מהלוחות הסולאריים היא הרכבתם במתקנים תעשייתיים, הובלת הסחורה וההתקנה. כלומר, מרגע שהם הותקנו בביתכם, הם לא יוצרים דבר שלילי המזיק לאטמוספרה; זהו הבדל עצום ממה שאנחנו רואים בסוגי אנרגיה סטנדרטית אחרים.

2. אנרגיה מתחדשת ובת קיימא: אנרגיה סולארית היא אנרגיה מתחדשת, כלומר, היא אינה נגמרת. בניגוד לדלקים מאובנים (פוסיליים), שיכחדו מן העולם בתוך כמה עשרות שנים, אנרגיה סולארית לעולם לא תיגמר. נוכל להמשיך לקבל אנרגיה סולארית כל עוד השמש קיימת.
יתרון נוסף של אנרגיה סולארית הוא שהיא בת קיימא. המשמעות היא שאנרגיה סולארית מסוגלת לספק את הצרכים הנוכחיים מבלי לסכן את צרכי הדורות הבאים. לפי נאס"א, בשמש עומדת להתקיים עוד 6.5 מיליארד שנים, ואין דרך שנוכל לצרוך אותה ולבזבז אותה.

3. אנרגיה באזורים מרוחקים: אחד מהיתרונות המדהימים של האנרגיה הסולארית הוא יכולתה לספק אנרגיה למקומות מרוחקים שאינם בהכרח מחוברים לרשת החשמל הארצית. דוגמה מצוינת היא בחלל, כשלוויינים נשלטים על ידי תאים סולאריים בתפוקה גבוהה. הקמת פאנלים סולאריים באזורים מרוחקים נבונה יותר מבחינה כלכלית בדרך כלל בהשוואה להנחת חוטי מתח גבוה הנחוצים לשם אספקת חשמל באזורים אלה. אנרגיה סולארית יכולה להיות פרודוקטיבית מאד באזורים נרחבים על פני כדור הארץ, וחידושים בתחום לוקחים בחשבון ייצור יעיל יותר של אנרגיה גם בימים מעוננים וסגריריים.

4. ניתנת להתקנה על גגות: לוחות סולאריים ניתן להתקין על גבי גגות, מה שפותר את הבעיה של מציאת מקום ללוחות הסולאריים. לא רק שפתרון זה חוסך במקום, אלא שהוא יכול לחסוך לכם ולמשפחתכם גם כסף רב. על אף שהתקנת הלוחות הסולאריים עשויה לעלות לא מעט, בהתאם לגודלם ולגורמים אחרים (נתייחס לכך בהרחבה ב'חסרונות'), הם נותנים אספקה חינמית של חשמל, מה שאומר בסופו של דבר ההשקעה תוחזר בטווח הארוך.

5. חשבונות חשמל קטנים יותר: ניצול אנרגיה סולארית ליצירת אנרגיה מאפשרת לכם ולמשפחתכם לא להיות תלויים במגבלות הדלקים המאובנים, שעלולים להשפיע באופן שלילי על החשמל שביתכם מנצל על בסיס קבוע. מימון הלוחות הסולאריים יוכל לחסוך לכם עלויות והוצאות שתאלצו לשלם מכיסכם. מעבר לכך, בעלי בתים יכולים למכור את האנרגיה העודפת המיוצרת לחברות שירות כדי להפחית את חשבון החשמל החודשי שלהם.

6. זמינות: אור השמש זמין בכל רחבי העולם ויכול בקלות להירתם בכל מדינה. הבעיה היחידה היא שניתן לרתום את אור השמש בשעות היום בלבד. ההערכה היא שעתודות הנפט בעולם ישרדו למשך 50-60 שנים, בעוד אור השמש זמין לנצח וניתן לנצלו תמיד.

7. תחזוקה קלה: לוחות סולאריים אינם דורשים תחזוקה רבה שכן אין בהם חלקים נעים, והם שורדים כ-20-25 שנים. הם דורשים חלל של כמה מטרים בלבד לשימוש ביתי, ויש לנקות אותם כמה פעמים בשנה.

8. אנרגיה שקטה: יצירת האנרגיה מהשימוש בדלקים מאובנים וממקורות אנרגיה מתחדשים אחרים (כמו למשל טורבינות רוח) עשויים להיות רועשים מאד. אנרגיה סולארית מייצרת אנרגיה שקטה. בדרך זו, אנו פטורים מחשש ליצירת מפגעי רעש בסביבת החיים שלנו, מה שהופך את האנרגיה הסולארית לנעימה יותר לכם ולמשפחתכם ולאלה שחיים לצידכם. הלוחות אינם מייצרים רעש כלל, וזו אחת הסיבות שאנשים נוטים להעדיף אותם.

חסרונות האנרגיה הסולארית

1. עלות ראשונית: החיסרון הגדול ביותר של האנרגיה הסולארית הוא עלות התקנת הלוחות הסולאריים על ביתכם. נכון להיום, עלות התאים הסולאריים מהאיכות הטובה ביותר עשויה לעלות על 1000$, ומשפחות מעטות ירכשו יותר מלוח אחד. דבר זה מייקר את העלות הראשונית של הלוחות הסולאריים.

2. מייצרת חשמל רק במשך היום: אנרגיה סולארית מסוגלת לייצר חשמל במשך שעות היום (כשהשמש זורחת). המשמעות היא שבמשך המחצית השנייה של היום, הלוחות הסולאריים אינם מספקים אנרגיה לביתכם. גם דפוסי האקלים ומזג האוויר באזורכם יכולים להשפיע על טיב עבודתם של הלוחות הסולאריים.

3. יעילות התאים הסולאריים: אם יש זיהום אוויר באזורכם, הדבר עלול לגרום לבעיות גם עבורכם. רמות זיהום עלולות להשפיע על יעילות התאים הסולאריים; הדבר מהווה חסרון רציני כשמדובר בארגונים או בתעשיות המבקשות להכניס לשימוש לוחות סולאריים באזורים הסובלים מזיהום אוויר גבוה (אזורים בעלי צפיפות אוכלוסין גבוהה, ערים וכו').

4. שטח פריסה גדול: אם אתה בעל עסק המעוניין בשימוש באנרגיה סולארית, יתכן שתיתקל בבעיה נוספת.
יתכן ששטח גג הבניין שלך לא יספיק בגודלו, ויתכן שתזדקק לשטח אדמה נרחב על מנת לפרוס את הקולטים כדי שתוכל לקבל את תצרוכת החשמל הנדרשת.

5. עלות אחסון: אנרגיה סולארית משמשת גם לטעינת סוללות לבית ולעסק, כך שבשעות הערב תוכלו להשתמש בחשמל בכל זאת. סוללות אלה הן כבדות וגדולות. תצטרכו למצוא מקום לאחסן אותן, ולהחליף אותן מדי פעם, מה שעלול להוסיף לעלויות.