מהי אנרגיה סולארית: סיכום, איך היא פועלת וסוגיה

אנרגיה סולארית היא דרך של אנרגיה מתחדשת מתקבל מה אור וחום מהשמש, הנחשב לאחד ממקורות האנרגיה הנקיים והברי-קיימאים הקיימים כיום.

השימוש המלא בסוג זה של אנרגיה הפך אפשרי רק הודות לפיתוח טכנולוגיות ספציפיות. עם המצאת מכשירים כמו קולטים ותאים פוטו-וולטאיים, הידועים גם כפאנלים סולאריים, בוצעה המרה של אנרגיית השמש לחשמל או לחום.

התקדמות הטכנולוגיות הללו והפחתת עלויות ההתקנה הפכו את האנרגיה הסולארית לנגישה יותר ויותר בשימוש נרחב בבתים, עסקים ותחנות כוח ברחבי העולם.

כיצד פועלת אנרגיה סולארית (שלב אחר שלב)

אנרגיה סולארית מופקת על ידי לכידה והמרת אור שמש לאנרגיה חשמלית או תרמית. תהליך הפקת אנרגיה סולארית כולל את השלבים הבאים:

1. לכידת אור השמש

פאנלים סולאריים מורכבים מתאי פוטו-וולטאיים העשויים מחומרים מוליכים למחצה כגון סיליקון. לתאים אלו תכונות מיוחדות המאפשרות להם לספוג את אור השמש.

2. אפקט פוטו-וולטאי

כאשר אור השמש נופל על תאים פוטו-וולטאיים, הפוטונים הנמצאים באור מעוררים את האלקטרונים באטומים של החומר המוליך למחצה. תהליך זה נקרא אפקט פוטו-וולטאי ומביא ליצירת זרם חשמלי מתמשך.

3. המרה לחשמל

הזרם החשמלי שנוצר על ידי התאים הפוטו-וולטאיים נאסף ומוליך על ידי חוטים מתכתיים, ויוצרים מעגל. מעגל זה מאפשר לאלקטרונים לזרום, ויוצר זרם חשמלי שמיש.

כדי להפעיל מכשירים חשמליים או מערכות חשמל, החשמל שנוצר על ידי פאנלים סולאריים עובר דרך מהפך, הממיר זרם ישר לזרם חילופין.

4. שימוש ואחסון

החשמל המופק על ידי פאנלים סולאריים יכול לשמש באופן מיידי להנעת מכשירי חשמל, מערכות תאורה, מכשירי חשמל ביתיים, בין היתר.

אם קיימת מערכת אחסון, כגון סוללות, ניתן לאחסן עודפי אנרגיה המופקת במהלך היום לשימוש מאוחר יותר בלילה או בתקופות מעוננות.

5. הַסָקָה

בנוסף לייצור חשמל, ניתן להשתמש באנרגיה סולארית גם לחימום תרמי. במקרה זה, קולטי שמש משמשים לקליטת אור השמש ולהמרת חום לאנרגיה תרמית.

אנרגיה תרמית זו יכולה לשמש לחימום מים לשימוש ביתי, בריכות שחייה, מערכות חימום חלל או אפילו ליצירת קיטור בתחנות כוח.

סוגי אנרגיה סולארית (עם דוגמאות)

ישנם סוגים שונים של אנרגיה סולארית שניתן לרתום לייצור חשמל או חום. הסוגים העיקריים הם:

אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית

התקנת פאנלים סולאריים.

זהו הסוג הנפוץ והמוכר ביותר של אנרגיה סולארית. במקרה זה, אור השמש מומר ישירות לחשמל באמצעות תאים פוטו-וולטאיים, הנמצאים בפאנלים סולאריים.

תאים אלו, העשויים בדרך כלל מסיליקון, קולטים פוטונים מאור השמש ומייצרים זרם חשמלי. את האנרגיה החשמלית המופקת ניתן להשתמש באופן מיידי, לאחסן בסוללות או להזריק לרשת החשמל.

אנרגיה סולארית תרמית

מערכת חימום מים על ידי קולטי שמש.

צורה זו של אנרגיה סולארית משמשת לחימום. קולטים תרמיים סולאריים לוכדים את האנרגיה של אור השמש וממירים אותה לחום. אנרגיה תרמית סולארית היא אפשרות יעילה ובת קיימא להחלפת מערכות חימום קונבנציונליות.

אנרגיה סולארית מרוכזת

אנרגיית שמש מרוכזת דרך עדשות.

סוג זה של אנרגיה סולארית משתמש במראות או בעדשות כדי למקד את אור השמש בנקודה מסוימת, שבה נוצר חום. ניתן להשתמש בחום זה להפקת חשמל באמצעות מחזור תרמודינמי, בדומה לזה המשמש במפעלים תרמו-אלקטריים.

אנרגיה סולארית מרוכזת משמשת לרוב בתחנות כוח גדולות, בהן ריכוז אור השמש אופטימלי.

אנרגיה סולארית פסיבית

דוגמא של לְעַצֵב חכם שמנצל את אור השמש לתאורת פנים.

בניגוד לסוגים שהוזכרו קודם לכן, אנרגיה סולארית פסיבית אינה כרוכה בהמרה ישירה של אור השמש לחשמל או לחום. זה מתייחס לשימוש מושכל בעיצוב אדריכלי וחומרי כדי להפיק את המרב מאור השמש והחום הטבעי מהשמש בבניינים.

דוגמאות לאסטרטגיות של אנרגיה סולארית פסיבית כוללות שימוש בחלונות גדולים כדי להכניס אור אנרגיה סולארית, בידוד תרמי נאות ומיקום מבנים כדי לנצל את התנועה של שמש.

יתרונות ויתרונות של אנרגיה סולארית

מקור אנרגיה מתחדשת

אנרגיה סולארית היא מקור בלתי נדלה של אנרגיה, הנובעת מהשמש, שתמשיך לזרוח במשך מיליארדי שנים. בניגוד לדלקים מאובנים, סוג זה של אנרגיה אינו מדולדל ואינו תורם למיעוט משאבי טבע.

השפעה סביבתית נמוכה

ייצור חשמל סולארי אינו פולט מזהמי אוויר מזיקים כמו פחמן דו חמצני, תחמוצות גופרית או תחמוצות חנקן. זה תורם להפחתת אפקט החממה, זיהום האוויר ובעיות בריאות נלוות.

חיסכון בעלויות לטווח ארוך

בעוד העלויות הראשוניות של התקנת מערכות סולאריות יכולות להיות ניכרות, אנרגיה סולארית חוסכת כסף בטווח הארוך. לאחר ההתקנה, השמש מספקת אנרגיה חופשית ובשפע, מפחיתה משמעותית את התלות בספקי אנרגיה קונבנציונליים, ועוזרת בשליטה על עלויות החשמל.

יישום רב תכליתי

ניתן להשתמש באנרגיה סולארית בהיקפים שונים, ממערכות ייצור מבוזר קטנות בבתים ועד תחנות כוח סולאריות גדולות.

בנוסף, ניתן להשתמש בו הן לייצור חשמל והן לחימום תרמי, מה שהופך אותו לאופציה רב-תכליתית לענות על צורכי אנרגיה שונים.

חסרונות של אנרגיה סולארית

תלות בתנאי מזג האוויר

כמות האנרגיה הסולארית הזמינה משתנה בהתאם לתנאי מזג האוויר, כגון נוכחות עננים, זמן השנה ומיקום גיאוגרפי.

המשמעות היא שייצור אנרגיה סולארית יכולה להיות מושפעת בימים מעוננים, בלילה ובאזורים עם פחות קרינת שמש.

עלויות ראשוניות גבוהות

התקנת מערכות סולאריות דורשת השקעה ראשונית משמעותית הכוללת רכישת ציוד, התקנה ותחזוקה. למרות שהעלויות ירדו במהלך השנים, זה עדיין יכול להוות מחסום עבור אנשים או עסקים מסוימים.

מקום נדרש

פריסת מערכות סולאריות בקנה מידה גדול דורשת מקום מתאים, בין אם על גגות בניין, קרקע פתוחה או אזורים ספציפיים למפעלים סולאריים.

באזורים עירוניים מאוכלסים בצפיפות, מציאת מספיק מקום כדי לעמוד בדרישת האנרגיה יכולה להיות אתגר.

זמינות לילה מוגבלת

אנרגיה סולארית אינה זמינה בלילה כאשר אין אור שמש ישיר. הדבר מחייב יישום מערכות אחסון אנרגיה, כגון סוללות, כדי להבטיח אספקה ​​רציפה של חשמל מחוץ לתקופות של אור שמש.

למרות שיש לה כמה חסרונות, אנרגיה סולארית נחשבת באופן נרחב לאפשרות אנרגיה נקייה ובת קיימא עם פוטנציאל צמיחה גדול.

שימוש באנרגיה סולארית בברזיל

אנרגיה סולארית קיבלה חשיבות גוברת הן על הבמה העולמית והן בברזיל. המודעות להשפעות הסביבתיות של דלקים מאובנים והחיפוש אחר מקורות אנרגיה נקיים ומתחדשים הניעו את הצמיחה של המגזר הסולארי ברחבי העולם.

לברזיל יש עמדה בולטת בבמה העולמית בכל הנוגע לייצור אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית. נכון לעכשיו, היא מדורגת במקום השמיני בדירוג העולמי, עם הספק מותקן מצטבר של 24 GW. מספר מרשים זה מדגים את ההשקעה והאימוץ הגדלים של אנרגיה סולארית בארץ.

אנרגיה סולארית מילאה תפקיד מהותי בגיוון של מטריצת האנרגיה הברזילאית, במיוחד בהקשר שבו סכרים הידרואלקטרים ​​מתמודדים עם אתגרים ומשברים עקב מיעוט גשמים שינויי אקלים. יכולת ייצור אנרגיה סולארית הייתה חלופה חשובה, המאפשרת ביטחון ויציבות רבה יותר באספקת החשמל.

בינואר 2023, אנרגיה סולארית אוחדה כמקור השני בשימוש במטריצת החשמל הברזילאית, המייצגת נתח של 12%, על פני אנרגיית הרוח והגז הטבעי. הישג זה מדגיש את החשיבות והפוטנציאל של מקור אנרגיה נקי ובר-קיימא זה.

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה:

• LUIZ, אדיר מויס. אנרגיה סולארית ושימור הסביבה. סאו פאולו: חנות הספרים לפיזיקה, 2013.
• TOLMASQUIM, מאוריסיו טיוממו. מקורות אנרגיה מתחדשים בברזיל. ריו דה ז'נרו: סינרגיה, 2003.
• ABSOLAR (האגודה הברזילאית לאנרגיה פוטו-וולטאית). פנורמה של אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית בברזיל ובעולם - אינפוגרפיקה. https://www.absolar.org.br/mercado/infografico/. גישה לתאריך: 5 ביולי 2023.

ראה גם:

• אֵנֶרְגִיָה
• סוגי אנרגיה ומקורות
• אנרגיה מתחדשת
• אנרגיית תרמית
• אנרגיית רוח
• חַשְׁמַל