מה זו מערכת סולארית (פוטו-וולטאית) וההיבט הישראלי
ייצור אנרגיה סולארית הוא תהליך הפקת אנרגיה לייצור חשמל מקרינת מהשמש. האנרגיה המופקת מהשמש היא אנרגיה פוטו-וולטאית. המילה פוטו-וולטאי היא שילוב של המילה פוטו (Photo) במובן של אור, והמילה וולט (Volt) במשמעות של חשמל (יחידת המתח החשמלי – למעשה זה שמו של הפיסיקאי האיטלקי – וולטה שעל שמו קרויה יחידת המתח).
מערכת סולארית הופכת את קרינת השמש לאנרגיה חשמלית (פוטו-וולטאית). המרכיב העיקרי של כל מערכת סולארית הוא התאים הפוטו-וולטאים. תאים אלו, הנקראים גם תאי שמש או תאים סולארים בנויים מחומרים מוליכים למחצה. החומרים המוליכים למחצה הם חומרים אשר איכות ההולכה שלהם מושפעת מהקרנה של אור עליהם.
רוב התאים סולארים (או בשמם הנפוץ פוטו-וולטאים, או על פי האקדמיה ללשון העברית :תָּא-שֶׁמֶשׁ, תָּא פוֹטוֹבוֹלְטָאִי) מיוצרים מסיליקון (צורן)– חומר המצוי בשפע, אינו מתכלה וכרייתו אינה מזיקה לסביבה.
כדי ליצור תא סולארי יש לטעון שכבה אחת של הסיליקון במטען חיובי (מסוג P) ושכבה נוספת במטען שלילי (מסוג N). חיבור בין השכבות יוצר צומת (P-N). בצומת הזו נוצר שדה חשמלי.
השמש מקרינה על הסיליקון ואז נוצרת תנועת אלקטרונים, ובשדה החשמלי נוצר זרם חשמלי – זרם ישר (DC).
ייצור תאים סולאריים באמצעות בסיליקון (צורן) גבישי הינה הטכנולוגיה הנפוצה ביותר (כ-90% מההתקנות) והוותיקה ביותר (כבר 50 שנה). קיימים שני סוגים של שימוש בסיליקון גבישי:
חומר גבישי טהור – סיליקון חד גבישי (monocrystalline) וסיליקון רב גבישי (polycrystalline). הסיליקון הגבישי יעיל יותר מהרב גבישי אך עלותו בתהליך יקרה.
תהליך הייצור של התאים מסיליקון גבישי יקר יחסית עקב עלויות החומר ושיטת הפקתו, אך הטכנולוגיה ותיקה ומוכרת, וחשוב יותר – הנצילות גבוהה (בין 14%-17% לסיליקון גבישי ו-13%-15% לסיליקון רב גבישי).
פאנלים סולאריים, או בשמם המקצועי מודולים סולאריים:
פאנל סולארי הוא הרכבה של תאים סולאריים ליחידה אחת. התאים הסולאריים מחוברים בטור ביניהם בקבוצה (חיבור בטור מגדיל את המתח). חיבור של מספר שרשראות במקביל יוצר את הפאנל הסולארי (חיבור במקביל מגדיל את הזרם). התאים בפאנל מצופים בחומר מגן, ממוסגרים במסגרת אלומיניום ומכוסים בזכוכית שקופה.
הפאנל הסולארי נבנה כך שיהיה פעיל ויעיל במשך עשרות שנים. הפאנל עמיד בפני גשם, רוח וברד. בדרך כלל ניתנת אחריות על הביצועים לתקופה של 25 שנה .
הפאנלים הסולאריים הם הרכיב העיקרי והיקר של כל מערכת סולארית.
יעילות (ניצולת) המערכת:
השמש מספקת לנו בממוצע כ-1 קילוואט (1,000 וואט) למטר מרובע.
נניח שיש לנו מערכת עם נצילות של 10%, זאת אומרת שכל מטר מרובע במערכת יספק לנו 100 וואט.
ולכן – כדי לייצר 1 קילוואט יש צורך ב-10 מטרים רבועים.
מערכת כזו מתוארת כמערכת עם הספק של 1 קילוואט מותקן.
קילוואט מותקן (או קילוואט לפיק=שיא) מייצג את ההספק החשמלי של המערכת בתנאים אידיאלים של אור ישיר (תנאי מעבדה). לכאורה היינו אמורים לקבל ממערכת כזו 8,760 קוט"ש בחישוב שנתי (1 קילוואט שמוכפל ב-24 שעות שמוכפל ב 365 ימים בשנה). אבל התנאים האמיתיים שונים מתנאי המעבדה. בעולם האמיתי יש לילה, עננות, אובך וחורף שמורידים את ההספק ולכן יש למדוד את הצריכה לפי שעות השמש הישירה ביום ממוצע בישראל (פחות מ-6) ולעשות חישוב שנתי שיתחשב גם בהבדלים בין הקיץ לחורף. ולכן, מערכת כפי שתיארנו תספק כ-1,600 קוט"ש (קילוואט לשעה) בשנה. לכן, נתוני מערכת סולארית הניתנים ע"י החברות המייצרות, ו/או ע"י מוסדות אקדמאים הם הממוצע השנתי. מערכות עם מתקני עקיבה אחר תנועת השמש עשויות להגיע ל 2,150 קוט"ש.
ישנן שתי אפשרויות להפעיל מערכת סולארית:
מערכת סולארית המחוברת לרשת החשמל הארצית (On Grid) – המערכת משמשת את הצרכן וכמו כן מחוברת לרשת של חברת החשמל ומזינה אותה בעודפי החשמל הלא מנוצלים. כאשר הצריכה גדולה מכושר היצור של המערכת אז רשת החשמל משלימה את ההפרשים (לדוגמה בימים מעוננים או בלילה). זו סוג ההפעלה הנפוצה ביותר המאפשרת לקבל זיכויים מחברת החשמל על ייצור עודף של חשמל שמועבר לרשת הארצית (ראו הסבר בהמשך).
מערכת סולארית עצמאית (שאינה מחוברת לרשת – Off Grid) – מערכת שמותקנת בד"כ במקומות מרוחקים שאינם מחוברים לרשת החשמל אלא משתמשים בגנרטורים. המערכת העצמאית, ברוב המקרים, נעזרת במצברים לאגירת החשמל העודף (במשך היום) ומאפשרת שימוש בו במהלך הלילה.
מערכת סולארית מורכבת לא רק מהפאנלים אלא גם מרכיבים נוספים:
פאנלים סולאריים – הרכיב האחראי להפוך את אנרגיית השמש לזרם חשמלי ישר (DC).
ממיר מתח (Inverter) – הרכיב האחראי להפוך את הזרם הישר (DC) לזרם חילופין (AC). רשת החשמל כמו גם רוב מכשירי החשמל הגדולים בבית עובדים בזרם AC. חברת החשמל דורשת ממיר מתח כדי לחבר את המערכת לרשת החשמל. ממיר יכול לשמש גם כצג תצוגה המציג את נתוני ייצור החשמל.
מונים – מונה צריכת חשמל ומונה ייצור חשמל. לפי מונים אלו תימדד ותקוזז הצריכה לעומת הייצור.
מתקן עקיבה – מתקן שעוקב אחרי תנועת השמש. נועד לייצב את הפאנלים בניצב לשמש במשך כל שעות היום וכך להגיע לנצילות מרבית של המערכת. (זווית השמש משתנה במהלך היום ממזרח למערב. זווית השמש משתנה גם בין הקיץ לחורף למעלה ולמטה) . מתקני עקיבה הם מתקנים מכאניים, ולכן זקוקים לתחזוקה לאורך השנים. מתקן כזה מגדיל את ההשקעה הראשונית במערכת.
מצבר ובקר טעינה – השימוש במצברים נעשה במערכות עצמאיות כדי לשמור את אנרגית החשמל שנוצרה ביום לשימוש בלילה. מצברים יכולים להינזק במצבי קיצון של התרוקנות המצבר או של טעינת יתר שלו ולכן יש צורך בבקר הטעינה שמגן על המצבר.
תחזוקה:
התחזוקה העיקרית הנדרשת היא ניקיון הפאנלים מאבק ולכלוך, מכיוון שאלו פוגעים בניצולת המערכת. בתקופות גשומות אין צורך כלל לנקות – הפאנלים מותקנים בזווית כזו שמי הגשם שוטפים אותם מהאבק. באזורים בהם יש כמות אבק גדולה יחסית, רצוי לשטוף יותר פעמים.
להתקנת מערכת סולארית יש שיקולים סביבתיים רבים:
איכות הסביבה – ייצור נקי של חשמל
אנרגיה לא מתכלה – משאב השמש אינו מתכלה כמו פחם ונפט
התקנה על גגות – חיסכון במשאבי קרקע
כל החשמל המיוצר מועבר לרשת החשמל הארצית
הפחתת התלות במדינות (בד"כ עוינות) בעלות מקורות דלק מתכלים
טכנולוגיה אמינה – הפאנלים עמידים לאורך זמן גם בתנאי מזג אוויר קשים כמו גשמים וברקים. בפאנלים הסולאריים אין חלקים נעים המסבכים את תחזוקת המערכת.
פסולת ומחזור מרכיבי המערכת הסולארית בתום השימוש:
פסולת של פאנלים סולאריים הינה מועטה יחסית ומוערכת בכל העולם בכ-2,000 טון בשנה, אבל החל משנת 2020 צפוי גידול משמעותי של פי 10 מהכמות היום. רוב המרכיבים של הפאנל הם חומרים שאינם מזיקים לסביבה, ולחברות המובילות בייצור המודולים הסולאריים יש מדיניות החזרה ומחזור. חברות אלה מודעות לאיכות הסביבה ומתחייבות לקבל חזרה את הפאנלים בסוף דרכם ולדאוג לטיפול בפסולת. יש להעדיף ייצרן/ספק המתחייב לקחת את המוצר בסוף דרכו.
התקנת המערכת הסולארית:
את הפאנלים הסולאריים מתקינים על גגות.
שטח גג ממוצע הנדרש להתקנה של 1 קילוואט הוא כ-10 מטרים. ההתקנה נעשית גם על גבי גגות שטוחים וגם על גבי גגות רעפים.
לנצילות אופטימלית יש להימנע מהצללה של בניינים או עצים, הפאנלים יופנו לכיוון דרום בזווית של כשלושים מעלות ע"י קונסטרוקציה שתביאם לזווית המתאימה על גג שטוח. על גג רעפים משופע, ניתן להתקין רק על הקטע הפונה לכיוון דרום.
תכנון מבנים חדשים:
עדיף לתכנן את מבנה חדש כך שיותאם מראש לתשתיות המערכת הסולארית.
תכנון נכון של גג המבנה (גודל, מיקום, כיוון) כמו גם הימנעות מהצללה לא רצויה של בנינים או עצים.
אפשר להתקין מודולים סולאריים כך שישתלבו בגג בצורה אינטגראלית ולא יותקנו מעליו.
כדאי גם לתכנן את תשתית החשמל כך שתשתיות הכבלים, המונה וממיר המתח ישתלבו נכון ובאופן אסטטי במבנה החדש, המונה יהיה נגיש לחברת החשמל, והממיר יהיו בגובה תפעולי.
חשבון כלכלי, תכנית התעריפים (FEED IN TAARIF):
מאז חודש אוגוסט 2008, חברת חשמל התחייבה לקנות את החשמל הסולארי בהתאם לאסדרות השונות המתעדכנות מעת לעת, וזאת כדי לעודד את השימוש באנרגיות מתחדשות ובמיוחד את השימוש באנרגיה הסולארית. ההסדר מיועד למתקנים סולאריים במגזר הפרטי והעסקי. לקוחות ביתיים בעלי מתקנים פוטו-וולטאים עד 15 קילו-וואט יקבלו זיכוי לכל קוט"ש מיוצר. תעריפי האסדרות הקיימות כיום (החל מ-2018) מובטחים ללקוח במשך 25 שנה – על זה לפי הסכם הנחתם בין בעל המערכת לחברת החשמל. בעל המערכת מורה לחברת החשמל על אופן ההתחשבנות הרצוי מבחינתו.
הלוואות: למי שלא מעוניין להוציא מכיסו סכום כסף נכבד להשקעה במערכת הסולארית יש אפשרויות שונות לקבל הלוואה לטווח ארוך. לחלק מחברות האינטגרציה המתקינות את המערכות סולאריות יש הסכמים ייחודיים עם בנקים, למתן אשראי בתנאים מועדפים ללקוחות החברה.
שותפות: ניתן לצרף משקיעים אשר יתחלקו בעלות ורווחי המערכת הסולארית. ניתן גם להשכיר גגות למשקיעים וחברות.
