על לוחות סולאריים

לוחות סולאריים הם רכיבים טכנולוגיים חיוניים המהווים את לב המערכת של אנרגיה סולארית. הם ממירים את האנרגיה שנפלטת מהשמש לאנרגיה חשמלית שניתן להשתמש בה במגוון תחומים, החל מהפעלת מכשירים ביתיים ועד להפקת חשמל עבור רשתות חשמל גדולות. במאמר זה נסביר את המבנה של הלוחות הסולאריים ואיך הם פועלים.

המבנה של לוחות סולאריים

לוחות סולאריים, המכונים גם פאנלים סולאריים, בנויים ממספר רכיבים עיקריים:

תאים פוטו-וולטאיים

תאים אלו הם הרכיבים המרכזיים בלוח הסולארי. כל תא פוטו-וולטאי בנוי ממספר שכבות של חומרים מוליכים, בעיקר סיליקון. קיימים שני סוגים עיקריים של תאים: תאים סיליקוניים מונוקריסטליים ותאים סיליקוניים פוליקristליים. תאים אלו הם החלקים הממירים את אור השמש לאנרגיה חשמלית.

מסגרת הלוח

הלוח הסולארי כולו עטוף במסגרת מתכתית (בדרך כלל אלומיניום) שמגנה עליו מפני נזקי סביבה ונותנת יציבות למערכת. המסגרת גם מקלה על התקנת הלוח על גגות או מבנים.

זכוכית קדמית

הזכוכית הקדמית של הלוח היא בדרך כלל זכוכית חזקה במיוחד (העשויה מזכוכית עמידה במיוחד לשמש ולמזג האוויר). היא מגנה על התאים הפוטו-וולטאיים ומפזרת את קרני השמש בצורה אופטימלית כך שהתאים יוכלו להמיר את האנרגיה בצורה מיטבית.

שכבת חומרים מבודדים

על מנת להגן על התאים הפוטו-וולטאיים מפני פגיעות מכניות וחדירה של מים, הלוח מכוסה בשכבת חומרים מבודדים. חומרים אלה שומרים על תפקוד הלוח ומגנים עליו מפני תנאי מזג האוויר הקשים.

חוטים חשמליים

החוטים המוליכים חשמל שמחברים בין התאים הפוטו-וולטאיים לבין מערכות האחסון או ההפצה, מהווים חלק חשוב במעבר האנרגיה החשמלית שמתקבלת מהשמש.

ממיר

הממיר הוא רכיב הממירה את האנרגיה החשמלית המתקבלת מהתאים (אנרגיה ישירה DC) לאנרגיה חילופין (AC), שהיא הצורה בה משתמשים ברוב מכשירי החשמל. הממיר לא נמצא בתוך הלוח עצמו, אלא נפרד ממנו, אבל הוא חיוני לתפקוד המערכת הסולארית כולה.

איך הלוחות הסולאריים עובדים?

לוחות סולאריים פועלים על פי עקרון הפוטו-וולטאיקה, שהיא השם שניתן לתהליך שבו אור השמש מומר לאנרגיה חשמלית. התהליך מתחיל כאשר קרני אור מהשמש פוגעות בתאים הפוטו-וולטאיים בתוך הלוח הסולארי. התאים עשויים מחומרים מוליכים, בעיקר סיליקון, שמאפשרים את יצירת האנרגיה החשמלית. ישנם כמה שלבים בתהליך זה:

קליטת אור השמש

אור השמש מורכב מקרניים אלקטרומגנטיות, הכוללות גם אור נראה וגם קרני אינפרא-אדום וקרני אולטרה-סגול. כאשר קרני האור פוגעות בתאים הפוטו-וולטאיים, חלק מהאנרגיה שלהן מועברת אל האלקטרונים שבחומר הסיליקון.

הפרדת אלקטרונים

כל תא פוטו-וולטאי בנוי משכבות של סיליקון מסוגים שונים. השכבה החיצונית עשויה מסיליקון מסוג n (שלילי), והשכבה הפנימית עשויה מסיליקון מסוג p (חיובי). כאשר אור השמש פוגע בתא, הוא גורם להפרדה של אלקטרונים מהאטומים במבנה הסיליקוני. האלקטרונים שנעקרו יתחילו לנוע בתוך התא, וכתוצאה מכך יווצר זרם חשמלי.

הזרמת חשמל

הזרם שנוצר על ידי האלקטרונים המופרדים מועבר דרך מעגל חשמלי שמחובר לתאים הפוטו-וולטאיים. זרם זה הוא אנרגיה ישירה (DC), אך על מנת להשתמש בו למכשירים חשמליים, יש להמיר אותו לאנרגיית חילופין (AC), ובשלב זה נכנס לתמונה הממיר (inverter).

הפצת האנרגיה

   האנרגיה המומרת נשאבת על ידי הממיר ומועברת דרך מערכת חוטים לרשת החשמל או ישירות למכשירים החשמליים שבבית או במפעל.

יתרונות של אנרגיה סולארית: השימוש באנרגיה סולארית באמצעות לוחות סולאריים מביא עמו מספר יתרונות משמעותיים

• אנרגיה מתחדשת ונקייה: הלוחות הסולאריים משתמשים באנרגיית השמש, שהיא מקור אנרגיה בלתי מוגבל ונקי. השימוש באנרגיה זו מסייע בהפחתת זיהום האוויר וגזי החממה.

• חסכון בעלויות חשמל: בהתקנת מערכת סולארית, ניתן לייצר חשמל בצורה עצמאית, מה שמפחית את התלות בחשמל המתקבל מחברות החשמל ויכול לחסוך בעלויות בחשבון החשמל.

• תועלת אקולוגית: לוחות סולאריים תורמים לשמירה על הסביבה ומפחיתים את הצורך בדלקים פוסיליים, שהם אחד הגורמים המרכזיים להתחממות כדור הארץ.

מסקנה

לוחות סולאריים הם טכנולוגיה מתקדמת המאפשרת ניצול יעיל של אנרגיית השמש להפקת חשמל. המבנה שלהם, הכולל תאים פוטו-וולטאיים, מסגרת אלומיניום, זכוכית מגן וממיר, מאפשר להם להמיר את אור השמש לאנרגיה חשמלית בצורה אפקטיבית. בשנים האחרונות, עם עליית המודעות לאנרגיה מתחדשת והורדת עלויות הייצור, ישנו גידול משמעותי בשימוש בטכנולוגיה זו, והיא צפויה להמשיך ולתפוס חלק חשוב במערך האנרגיה העולמית.