איך עובד לוח סולארי

איך עובד לוח סולארי ? לוח סולארי פועל על בסיס האפקט הפוטו וולטאי, תהליך פיזיקלי שבו חלקיקי אור הנקראים פוטונים פוגעים בתא הסולארי, משחררים אלקטרונים מהאטומים של החומר המוליך למחצה (לרוב סיליקון) ויוצרים זרם חשמלי רציף. הזרם הזה (DC) מועבר לממיר מתח, אשר הופך אותו לזרם חליפין (AC) המתאים לשימוש במכשירי החשמל הביתיים וברשת החשמל הארצית.

הכנו עבורכם את המדריך המקיף ביותר שיצלול לעומק הטכנולוגיה, יסביר את המורכבות בצורה פשוטה ויגלה לכם את הסודות מאחורי האנרגיה הירוקה שמשנה את העולם.

האם אתם מרגישים את החום עולה ואת חשבון החשמל מטפס יחד איתו?

כולנו מכירים את התחושה הזו בקיץ הישראלי הלוהט. השמש קופחת בחוץ, המזגן עובד שעות נוספות בפנים, והלב מחסיר פעימה כשאנחנו חושבים על החשבון שיגיע בסוף החודש. אבל דמיינו לרגע מצב אחר לחלוטין. דמיינו שאתם מסתכלים על אותה שמש יוקדת, אבל במקום לראות בה מטרד שצריך להתגונן מפניו, אתם רואים בה שותפה עסקית נדיבה. שותפה ששולחת לכם "דלק" חינמי, נקי ואינסופי יום אחרי יום. התחושה הזו של עצמאות אנרגטית, הידיעה שאתם מייצרים את החשמל שלכם בעצמכם ושומרים על כדור הארץ עבור הילדים והנכדים שלכם, היא תחושה שאין שנייה לה. זה לא רק עניין של כסף, אלא של חופש ושליטה במשאב הכי בסיסי בחיים שלנו. המעבר לאנרגיה סולארית הוא הצעד הראשון בדרך לשקט נפשי וכלכלי.

כיצד מתרחש הקסם המדעי בתוך התא הסולארי?

בלב כל לוח סולארי נמצאים תאים פוטו וולטאיים. המילה "פוטו" מגיעה מיוונית ומשמעותה אור, ו"וולט" מתייחס ליחידת המתח החשמלי על שמו של אלסנדרו וולטה. כדי להבין איך זה עובד, עלינו לרדת לרמה האטומית. רוב התאים הסולאריים עשויים מסיליקון (צורן), שהוא חומר מוליך למחצה הנפוץ מאוד בקרום כדור הארץ (למעשה זהו החומר העיקרי בחול ים).

אטום סיליקון טהור הוא יציב מאוד ואינו מוליך חשמל בצורה טובה, כיוון שכל האלקטרונים שלו "תפוסים" בקשרים כימיים חזקים. כדי לגרום לסיליקון לייצר חשמל, המדענים מבצעים תהליך שנקרא "אילוח" (Doping). הם יוצרים שתי שכבות שונות של סיליקון בתוך התא:

• שכבה שלילית (N type): לשכבה זו מוסיפים זרחן, שיש לו אלקטרונים עודפים. התוצאה היא אזור שיש בו יותר מדי אלקטרונים שרק מחכים להשתחרר.

• שכבה חיובית (P type): לשכבה זו מוסיפים בורון, שיש לו מחסור באלקטרונים. זה יוצר "חורים" שמושכים אליהם אלקטרונים.

כאשר מחברים את שתי השכבות הללו נוצר "צומת P N". זהו שדה חשמלי סטטי שעומד ומחכה לפעולה. כאן נכנסת לתמונה השמש. קרני השמש מורכבות מחלקיקים זעירים של אנרגיה הנקראים פוטונים. כאשר פוטון פוגע בתא הסולארי בעוצמה מספקת, הוא פועל כמו כדור ביליארד שפוגע בערימה של כדורים אחרים. הוא מעניק אנרגיה לאלקטרון, בועט אותו ממקומו ומשחרר אותו לחופשי. בגלל השדה החשמלי שנוצר בצומת, האלקטרון המשוחרר נדחף לכיוון מסוים ונוצרת תנועה. תנועה זו של אלקטרונים היא בדיוק מה שאנו מכנים "זרם חשמלי".

מאילו רכיבים מורכבת מערכת סולארית מלאה?

לוח סולארי לבדו אינו מספיק כדי להפעיל את המקרר או הטלוויזיה בבית. הוא חלק ממערכת שלמה ומתוחכמת שכל רכיב בה הוא קריטי להצלחת התהליך. נהוג לחשוב שהפאנלים הם החלק היחיד, אך המציאות מורכבת יותר.

הנה הרכיבים המרכזיים במערכת:

• הפאנלים הסולאריים: משטח הקליטה שאחראי על המרת אור השמש לזרם ישר (DC).

• ממיר המתח (Inverter): הלב החכם של המערכת. הוא מקבל את הזרם הישר מהפאנלים והופך אותו לזרם חליפין (AC) במתח של 230 וולט, שהוא הסטנדרט ברשת החשמל הביתית. בנוסף, הממיר מנטר את ביצועי המערכת ושומר על בטיחותה.

• קונסטרוקציה (מערכת עגינה): שלד האלומיניום שמחזיק את הפאנלים צמודים לגג. עליו להיות עמיד ברוחות עזות ולשמור על זווית אופטימלית כלפי השמש.

• מונה דו כיווני: שעון חשמל חכם שמודד לא רק כמה חשמל צרכתם מחברת החשמל, אלא גם כמה חשמל הזרמתם אליה חזרה מהמערכת שלכם.

• מערכת ניטור ובקרה: אפליקציה או תוכנה המאפשרת לכם לראות בזמן אמת כמה חשמל המערכת מייצרת, כמה כסף חסכתם, והאם יש תקלות כלשהן.

מה ההבדל בין סוגי הפאנלים הקיימים בשוק?

לא כל הפאנלים נולדו שווים. כיום, הטכנולוגיה התפתחה וישנם שני סוגים עיקריים ששולטים בשוק, ולכל אחד מהם יתרונות וחסרונות שחשוב להכיר לפני שמקבלים החלטה.

ערכנו עבורכם השוואה בטבלה מסודרת כדי לעשות סדר בבלאגן:

איך הממיר הופך את הזרם ולמה זה קריטי?

אנלוגיה מצוינת להבנת תפקיד הממיר היא תרגום שפות. הפאנלים הסולאריים "מדברים" בשפה של זרם ישר (DC). בזרם זה, האלקטרונים זורמים בכיוון אחד בלבד, כמו מכוניות בכביש חד סטרי. זוהי השפה של סוללות, למשל. לעומת זאת, רשת החשמל בבית שלנו ומכשירי החשמל "מדברים" בשפה של זרם חליפין (AC). בשפה זו, האלקטרונים משנים את כיוון הזרימה שלהם הלוך ושוב 50 פעמים בשנייה (50 הרץ).

ללא הממיר, החשמל שהפאנלים מייצרים יהיה חסר תועלת עבור המקרר, מכונת הכביסה או המטען של הטלפון. הממיר מבצע מניפולציה אלקטרונית מורכבת: הוא לוקח את הזרם הישר, ובעזרת מתגים אלקטרוניים מהירים מאוד, הוא "הופך" את הכיוון שלו שוב ושוב עד שמתקבל גל סינוס מושלם של זרם חליפין. הממירים המודרניים הם מחשבי על קטנים; הם יודעים לסנכרן את הגל שהם מייצרים בדיוק מושלם לגל של רשת החשמל הארצית, כך שהמעבר בין צריכה עצמית להזרמה לרשת הוא חלק לחלוטין ובלתי מורגש.

מה קורה כשיש עננים, גשם או כשהשמש שוקעת?

זוהי אחת השאלות שמטרידות רבים ששוקלים להתקין מערכת. האם נשב בחושך בחורף? התשובה היא כמובן לא, אבל ההסבר הטכני מעניין. פאנלים סולאריים פועלים על אור, לא על חום. למעשה, פאנלים עובדים טוב יותר דווקא כשקר בחוץ, כי החום יוצר התנגדות חשמלית במוליכים. עם זאת, עננים כבדים אכן חוסמים חלק מהפוטונים ומורידים את התפוקה.

ביום מעונן, המערכת תייצר בין 10 אחוז ל 25 אחוז מהתפוקה המקסימלית שלה, תלוי בצפיפות העננים. ומה קורה בלילה? בלילה הייצור הוא אפס מוחלט. כאן נכנס לתמונה הסדר "מונה נטו" (Net Metering). דמיינו את רשת החשמל כסוללה ענקית ואינסופית. ביום, כשאתם מייצרים יותר ממה שאתם צורכים, העודף מוזרם לרשת החשמל והמונה שלכם "סופר אחורה" או צובר לכם קרדיט כספי. בלילה, כשאתם צריכים חשמל, אתם מושכים אותו מהרשת ומשתמשים בקרדיט שצברתם במהלך היום. כך אתם נהנים מחשמל זמין 24/7, אבל משלמים (או מקבלים כסף) רק על ההפרש בסוף התקופה.

האם התחזוקה של המערכת מסובכת או יקרה?

אחד היתרונות הגדולים ביותר של טכנולוגיה זו הוא הפשטות המכנית שלה. בלוח סולארי אין חלקים נעים. אין מנוע שמסתובב, אין רצועות שנשחקות ואין שמנים שצריך להחליף. זה אומר שהבלאי הפיזי הוא מינימלי ביותר. רוב היצרנים מעניקים אחריות תפוקה של 25 שנים, מה שמעיד על אמינות המוצר.

עם זאת, "אין תחזוקה" לא אומר "שגר ושכח" לחלוטין. האויב הגדול ביותר של הפאנלים הוא לכלוך. אבק, לשלשת ציפורים, פיח מכלי רכב או עלים יכולים ליצור שכבה שתחסום את הפוטונים מלהגיע לתא הסיליקון. מחקרים הראו שלכלוך כבד יכול להוריד את תפוקת המערכת בשיעור של עד 15 אחוז ואף יותר. הפתרון הוא פשוט: שטיפה. ברוב האזורים בישראל מספיק לשטוף את הפאנלים במים (רצוי מים רכים ללא אבנית) פעמיים או שלוש בשנה, בעיקר לפני הקיץ ובמהלכו. בחורף, הגשם עושה עבורנו את רוב העבודה. חשוב מאוד לבצע בדיקה חשמלית מקצועית אחת לשנתיים על ידי בודק מוסמך כדי לוודא שכל החיבורים מהודקים ושאין סכנת התחממות.

שאלות ותשובות

האם קרינה מלוחות סולאריים מסוכנת לבריאות?

חד משמעית לא. פאנלים סולאריים מייצרים קרינה בלתי מייננת ברמה אפסית, הדומה לזו של כל מכשיר חשמלי אחר. הקרינה המשמעותית יותר מגיעה מהממיר, אך גם היא עומדת בתקנים מחמירים מאוד של המשרד להגנת הסביבה וארגון הבריאות העולמי. כל עוד הממיר מותקן במרחק סביר מאזורי שהייה ממושכים, אין כל חשש.

האם ברד יכול לשבור את הפאנלים?

הפאנלים מצופים בזכוכית מחוסמת עבה וחזקה במיוחד, שתוכננה לעמוד בתנאי קיצון. ברוב המוחלט של המקרים, ברד ישראלי מצוי לא יגרום שום נזק. הם עוברים מבחני ריסוק שבהם יורים עליהם כדורי קרח במהירות גבוהה כדי לוודא עמידות.

האם המערכת מעלה את ערך הנכס?

בהחלט כן. בית עם מערכת סולארית שמניבה הכנסה פסיבית קבועה או מאפסת את חשבון החשמל נחשב לאטרקטיבי הרבה יותר לקונים. זהו נכס מניב לכל דבר ועניין, והרוכשים מוכנים לשלם פרמיה עבור היתרון הכלכלי הזה.

האם כדאי להוסיף סוללת אגירה למערכת?

כיום, סוללות אגירה עדיין נחשבות ליקרות יחסית, אך המחירים יורדים בהתמדה. הוספת סוללה מאפשרת עצמאות אמיתית וגיבוי במקרה של הפסקת חשמל (דבר שמערכת רגילה לא נותנת מטעמי בטיחות רשת). אם המטרה היא ביטחון אנרגטי, זה בהחלט כדאי. אם המטרה היא רק חיסכון כספי, יש לבדוק כל מקרה לגופו בהתאם לתעריפי החשמל.

לאן הולכת הטכנולוגיה הסולארית בעתיד הקרוב?

עולם האנרגיה הסולארית לא עוצר לרגע. המדענים עובדים ללא הפסקה על פיתוח הדור הבא של הפאנלים. אחת ההבטחות הגדולות בתחום היא חומר שנקרא "פרובסקייט" (Perovskite). בניגוד לסיליקון הנוקשה והכבד, פרובסקייט הוא חומר שניתן למרוח אותו, להדפיס אותו ואפילו ליצור ממנו פאנלים שקופים לחלוטין שישמשו כחלונות מייצרי חשמל.

דמיינו גורדי שחקים שכל החלונות שלהם הם תחנת כוח אחת גדולה, או מכוניות שהצבע שלהן מייצר חשמל תוך כדי נסיעה. בנוסף, ישנם פיתוחים של פאנלים דו צדדיים (Bifacial) הקולטים אור גם מהחלק האחורי דרך החזר מהקרקע, מה שמעלה את התפוקה בעשרות אחוזים. העתיד נראה זוהר, נקי וירוק יותר מתמיד. הטכנולוגיה כבר כאן, היא בשלה, אמינה ומשתלמת, והיא רק הולכת ומשתפרת. הבחירה באנרגיה סולארית היא כבר לא רק עניין של אידיאולוגיה סביבתית, אלא החלטה כלכלית נבונה והגיונית לכל משק בית.