עלייתה של אנרגיה סולרית בת-קיימא
חשמל סולרי הוא מקור אנרגיה ידידותי לסביבה. למד מה קרני השמש יכולות לעשות לחשמל, ועזור לשמר את כדור הארץ.
מהי אנרגיה סולרית?
אנרגיה סולרית היא אנרגיה שמגיעה מהשמש. החום והאור של השמש נרתמים ומשמשים ליצירת חשמל או אנרגיה תרמית עבור מגוון צרכים תפעוליים בבתים, עסקיים וצרכים תפעוליים אחרים. הפלט של מערכת חשמל סולרית נמדד בוואטים.
אנרגיה סולרית — המכונה גם חשמל סולרי, ייצור חשמל סולרי או קרינה סולרית—היא מקור האנרגיה המתחדשת הנפוץ ביותר. מקור אנרגיה ניתן לחידוש הוא מקור אנרגיה שניתן ליצור מחדש. בניגוד לדלק שמקורו במאובנים (נפט, גז טבעי ופחם), מקור אנרגיה זה אינו מתכלה לאחר שימוש אחד. בנוסף, רוח, מים וחשמל גיאותרמי הם דוגמאות אחרות של אנרגיות הניתנות לחידוש.
ייתכן שתפתיעו אתכם לגלות שטכנולוגיות אנרגיה סולרית אינן תגלית של העידן המודרני: אנשים משתמשים באנרגיה סולרית מאז המאה ה-7 לפני הספירה כאשר בני אדם השתמשו בזכוכית מגדלת ובקרן השמש כדי ליצור אש ולצרוב נמלים. כמובן, מאז, היו פיתוחים והתקדמויות משמעותיים בטכנולוגיות של אנרגיה סולרית.
להלן סקירה קצרה וציר זמן של אנרגיה סולרית, לפי מחלקת האנרגיה של ארה“ב:
- ב- 1767, מדען שווייצרי בשם הוראס דה סוסור בנה את קולט השמש הראשון בעולם.
- אדמונד בקארל, פיזיקאי צרפתי, גילה את בשנת 1839 את האפקט הפוטו-וולאטי—שבו אנרגיית אור או קרינה מפיקה מתח או זרם חשמלי.
- עשורים מאוחר יותר, המתמטיקאי אוגוסטין מושו הצרפתי רשם פטנטים עבור מנועים שמופעלים על-ידי השמש.
- ב- 1883, הממציא מניו יורק, צ'ארלס פריטס, יצר תא סולרי על-ידי ציפוי סלניום עם שכבה דקה של זהב שהשיג שיעור המרת אנרגיה של 1 עד 2 אחוזים (כסימוכין, רוב התאים הסולריים המודרניים פועלים בשיעור בין 15 ל- 20 אחוזים), לפי Smithsonian Magazine. הממציא אדוארד וסטון קיבל שני פטנטים לתאים סולריים חמש שנים מאוחר יותר.
- אלברט איינשטיין פרסם מאמר על האפקט הפוטו-וולאטי בתחילת שנות ה- 1900.
- ב- 1954, חברת Bell Telephone Laboratories יצרה תא סולרי—התא הראשון שהצליח להמיר מספיק אנרגיה כדי להפעיל ציוד חשמלי יומיומי—ביעילות של 4 אחוזים (ולאחר מכן 11 אחוזים). שש שנים מאוחר יותר, חברת Nicman Electronics הגיעה ליעילות של 14%.
- ב- 1970, ד"ר אליוט ברמן תוכנן תא סולרי פחות יקר, והתוצאה הייתה הפחתת מחיר ל- USD$20 לוואט.
- פול מק'קרידי בנה מטוס שמופעל באמצעות שמש (הראשון מסוגו) שעליו הונחו 16,000 תאים סולריים, והטיס אותו מצרפת לאנגליה ב- 1981.
- ב- 1998, מדען בשם סובהינדו גוהא הוביל את הדרך להמצאת רעפים סולריים גמישים שממירים אור שמש לחשמל לגגות.
- החל משנות ה- 2000, המשיכו להתבצע צעדים משמעותיים ביכולת וביעילות של טכנולוגיות אנרגיה סולרית.
כיום, "אנרגיה סולרית היא המקור ברר השגה בעל שיעורי הצמיחה המהירים ביותר של חשמל חדש" בארצות הברית, לפי Energy.gov, עם 3 מיליון התקנות במדינה. ובאופן גלובלי, אנרגיה סולרית נמצאת בצמיחה גם לשימוש ביתי ותעשייתי.
דוגמה יומיומית ופופולרית של אנרגיה סולרית היא הלוחות הסולריים השחורים המלבניים, שאתה רואה על גגות בתים מסוימים. תאגידים אימצו צורה זו של יצירת חשמל סולרי—אפילו ל- Disney World יש מתקן סולרי בצורת מיקי מאוס שמיוצר מ- 48,000 לוחות סולריים שנמצאים מחוץ לפארק השעשועים אפקוט.
טכנולוגיות סולריות המשיכו להתפתח ולהשתפר לאורך השנים. מאמר זה יספק מבט כולל על אנרגיה סולרית, אופן הפעולה שלב, היתרונות של השימוש בה והעתיד של כחשמל סולרי.
כיצד אנרגיה סולרית נאספת ומאוחסנת?
פוטו-וולאטי (PV)
כרוך בשימוש במכשיר (תחשוב על לוחות סולריים) כדי לקלוט אור שמש ולהפוך אותו לחשמל. מכשירים אלה נקראים תאים סולריים, והם מחוברים זה לזה כדי ליצור יחידות גדולות יותר שיוצרות חשמל.
מגדל שמש (CSP)
אוסף אנרגיה מהשמש כדי ליצור חום, שמאוחר יותר משמש ליצירת חשמל. טכנולוגיה זו משתמשת במראות כדי להתמקד או "להתרכז" באנרגיה אור.
חימום וקירור סולריים (SHC)
אוספים אנרגיה מהשמש ומשתמשים בה כדי לספק שירותי חימום וקירור לבית ולעסקים. טכנולוגיה זו משתמשת בקולט שמש, צנרת מבודדת ומכל אחסון של מים חמים.
רכיבי אחסון אנרגיה סולרית
-
סוללות
הליבה אל מערכות אחסון אנרגיה. שני סוגים נפוצים של סוללות הם ליתיום-ניקל-מנגן-קובלט ו- ליתיום-ברזל- פוספאט.
-
תתי-פאנלים לעומס קריטי
מאפשר לך להחליט אילו מכשירים חיוניים יקבלו אנרגיה במקרה של הפסקת חשמל.
-
לוחות סולריים
משמשים לטעינה מחדש של סוללות. פילם דק, PERC, רב-גבישי וחד-גבישי הם סוגים שונים של לוחות סולריים.
ממה מיוצרים לוחות סולריים? בבסיסם, לוחות סולריים מכילים בדרך כלל סיליקון—החומר המוליך למחצה הנפוץ ביותר שנמצא בשימוש בתאי PV—עטיפת זכוכית, מסגרת מתכת וחומרה אחרת כדי להחזיק את הלוח יחד ולתמוך בפונקציונליות שלו.
-
ממירים
משמש להמרת זרם מתח לסירוגין כדי להפנות זרם (לוחות סולריים וסוללות ממירים זרם ישיר לזרם לסירוגין).
אחסון אנרגיה סולרית
לאחר מכן, לפי Green Building Elements, קיימות שלוש דרכים לאחסון אנרגיה סולרית:
אחסון סוללה
בדרך כלל, סוללות ליתיום-יון משמשות לאחסון אנרגיה סולרית.
אחסון אנרגיה מכנית
אוויר דחוס (מוכנס באופן מאולץ לתוך כלי קיבול, כמו מיכל, ומשתחרר לפי הצורך), כוח מים לאחסון דחוס (מים שנדחפים דרך גנרטורי טורבינה כדי להפיק אנרגיה כאשר יש ביקוש) וגלגל תנופה (אנרגיה עודפת שמשמשת כדי לספק חשמל בעת הצורך) הן שלוש וריאציות של מערכת אחסון מסוג זה.
אחסון תרמי
שימוש במלח מותך ומים במיכל מבודד לצורך החזקת אנרגיה.
בנוסף, יש גם"אחסון וירטואלי", תהליך שלפיו אתה מחמם או מקרר בניין לפני שתתרחש עלייה חדה צפויה בביקוש לחשמל. לאחר מכן, הבניין מאחסן אנרגיה זו בעת הצורך.
לקבלת רשימה מלאה של מונחים והגדרות, הצג את מילון המונחים של אנרגיה סולרית מחלקת האנרגיה של ארה“ב.
היתרונות של האנרגיה הסולרית
אז, מהם היתרונות של אנרגיה סולרית? יש לא מעט, כולל רווחה סביבתית, הזדמנויות עבודה ונקודות זכות במס. להלן מבט כולל על כמה מהיתרונות העיקריים:
-
היא עדיפה לסביבה לעומת מקורות חשמל מסורתיים
כדור הארץ הוא כנראה הדבר הראשון שקופץ לראש כשמביאים בחשבון את היתרונות של אנרגיה סולרית. אנרגיות מתחדשות, כגון חשמל סולרי, עוזרות לרסן את ההסתמכות של העולם על דלקי מאובנים, מפחיתות את טביעת הרגל הפחמנית ומספקות חשמל מבלי לגרום לזיהום רעיל.
-
עלויות התחזוקה של חשמל סולרי השתפרו
בעוד שההתקנה הראשונית עשויה להיות חסם עלות לכמה משקי בית, עלויות התחזוקה ירדו לאורך השנים. באופן ספציפי, בעשור האחרון, עלות ההתקנה הסולרית ירד ב- 60%. (עם זאת, העלויות יכולות להיות תלויות בגורמים כגון אילוצי האזור ושרשרת האספקה.)
-
מערכות המשתמשות באנרגיה סולרית נהנות מהטבות מס
המעבר לאנרגיה סולרית עשוי להועיל לארנק שלך (על אף שמדובר בתהליך ארוך טווח). לדוגמה, ממשלת ארה"ב מציעה זיכוי מס סולרי פדרלי שניתן ליישמו בעלויות ההתקנה של מערכת PV סולרית. מוסדות ממשלה מדינתיים ומקומיים עשויים גם להציע תוכניות שעוזרות לקזז את המחיר הגבוה ביותר.
-
טכנולוגיות של אנרגיה סולרית התפתחו
ציוד וטכנולוגיות אחסון השתפרו מאוד במהלך השנים. כיום, פאנלים סולריים מפיקים יותר אנרגיה למשך זמן ארוך יותר (עם יעילות של כ- 20%) ותוחלת החיים שלהם מגיעה ל- 30 שנה.
ישנן נקודות חיוביות רבות רחבות טווח לשימוש באנרגיה סולרית בבית ובעסק. עם זאת, מקור אנרגיה זה אינו נטול מגבלות משלו. להלן כמה חסרונות לשימוש בחשמל סולרי:
- זיהום הוא עדיין חשש. בעוד שאנרגיה סולרית היא פתרון ידידותי יותר לסביבה לעומת שריפת דלקי מאובנים, חלק מהכימיקלים והחומרים שמשמשים בתהליך ייצור תא PV מייצרים פסולת מסוכנת.
- מחיר ההתקנה עשוי להיות יקר. בעוד שחשמל סולרי יכול לחסוך לך כסף לאורך הדרך, ההתקנה הראשונית והציוד יכולים להיות יקרים.
- קיימות מגבלות שירות. מכיוון שהאנרגיה נוצרת כאשר השמש זורחת, שעות מסוימות ביום ותנאי מזג אוויר מסוימים (כמו שמים מעוננים) אינם אופטימליים לייצור חשמל סולרי.
- השפעות אחרות על הסביבה. שימוש במים, שימוש באדמה ואובדן פוטנציאלי של בתי גידול, הם שיקולים שיש להביא בחשבון בעת שינוי קנה מידה של מערכות חשמל סולרי.
קפיצה מהנקודה האחרונה, אנרגיה סולרית מציגה הזדמנויות ידידותיות לסביבה לתעשייה ולעסקים. לדוגמה, כלים ואפליקציות מתפתחים יכולים לעזור לארגונים להציג הדמיות של מאגרים באופן חזותי כדי להגביר את שיעורי הכניסות של הסתעפות ושדרוג רשתות חשמל למשאבי אנרגיה מבוזרת כדי לצמצם את העלויות ולהרחיב אפשרויות. ננקטו גם צעדים גדולים בשימוש במחשוב קוונטי למיטוב של יצירת חשמל.
כיצד ניתן להטמיעה אנרגיה סולרית
לפני שתטמיע אנרגיה סולרית, בצע את המחקר שלך. מומלץ לחשב את העלויות עבור האזור שלך, לבדוק הנחות ונקודות זכות מס זמינות, לחקור מערכות שונות ולבחון ביקורות עבור חברות התקנת מערכת. באופן טכני, באפשרותך להתקין לוחות סולריים בעצמך,’אך מומלץ לשקול אם זו האפשרות הטובה ביותר עבורך.
אם אתה בעל עסק, יהיו לך כמה שיקולים בעת ביצוע המעבר לחשמל סולרי, כולל המוצרים שמשתמשים בחשמל במקום העבודה שלך (מערכת הקירור והחימום, מכונות, ציוד וכו'). בעוד שבסופו של דבר, בדומה למשקי בית, תחווה חיסכון בעלויות, המעבר לחשמל סולרי ככל הנראה יהיה השקעה מראש בזמן ובכסף. עם זאת, קיימים פתרונות אנרגיה של IoT זמינים כדי לעזור לך להפחית בעלויות תפעוליות תוך מיטוב הצע וביקוש ופיקוח על תחזוקת נכס קווי חשמל.
עבור התקנה ביתית, סביר להניח שרוב האנשים ישקלו את המחיר הגבוה כחסם הגדול ביותר לתחילת העבודה עם אנרגיה סולרית. לדוגמה, העלות של מערכת לוחות סולריים בבית בגודל ממוצע בארה"ב—לאחר נקודות זכות של מס סולרי—נעה בין USD$11,144 ל- USD$14,696, ובערך USD$200 ל- USD$250 לכל לוח עבור פרויקט עשה זאת בעצמך קטן, לפי Consumer Affairs. מדריכים מסוימים מרחיבים את הטווח עוד יותר, ומציינים העלויות בין USD$10,000 ל- USD$25,000 בארה"ב. יש גם “עלויות רכות” שיש לשקול, כגון עלויות קבלת היתר ועבודת ההתקנה. באפשרותך לבחור לחכור לוחות סולריים—כלומר אינך צריך לשלם עבור עלויות התקנה, תחזוקה או תיקון—אך יש יתרונות וחסרונות שיש לשקול.
המחיר מראש עשוי להיות עלייה תלול עבור רוב משקי הבית, ויש זמן המתנה עד שתגיע לתקופת החזר ההשקעה של הלוח הסולרי (בממוצע, תראה החזר על ההשקעה שלך בעוד שבע עד 12 שנים). אך גם החיסכון יכול להיות משמעותי: אנרגיה סולרית יכולה לחסוך לתושבים בארה"ב בין USD$600 ל- USD$2,000 על עלויות חשמל, לשנה, לפי HomeGuide. בנוסף, התקנות מסוימות עולות פחות מהנתונים המפורטים. גודל הבית שלך (נכס גדול יותר מציין בדרך כלל נקודת מחיר גבוהה יותר), רמת צריכת האנרגיה שלך וסוגי הטכנולוגיות שתבחר עבור המערכת שלך, הם שלושה גורמים עיקריים שישפיעו על העלויות. אתרי אינטרנט כגון Solar Estimate מאפשרים לך להזין את המיקוד שלך או לבחור את המיקום שלך במפה הווירטואלית כדי לעזור לקבוע את העלויות של התקנת לוחות סולריים בביתך.
באפשרותך גם לבחור לשלב אנרגיה סולרית בחיי היומיום שלך בדרכים שונות, גדולות או קטנות. אתה גם לא צריך להשקיע הרבה כסף כדי להתחיל להשתמש בחשמל סולרי. לדוגמה, באפשרותך לרכוש כיסוי לטלפון החכם שלך שמופעל באופן סולרית, פנסים בטעינה סולרית עבור ערכת החירום של הרכב שלך או תנור סולרי לטיול הקמפינג הבא שלך—במקרים מסוימים, בתמורה לפחות מ-USD$100. מעבר ללוחות סולריים, ישנן אפשרויות אחרות לספק חשמל מהשמש לבית שלך. בעלי בתים יכולים להשתמש במכשירים שמופעלים באופן סולרי כדי לחמם הברכה שלהם ולהתקין אורות סולריים כדי להאיר את הגינה שלהם בלילה. באפשרותך גם להשתמש בייצור החשמל הסלורי בחיי העבודה שלך. רוצה לעבוד מרחוק, מחוץ לאתר? קח איתך למטען לוח סולרי נייד שיפעיל את המחשב הנישא שלך בזמן שאתה עובד בחוץ בבית קפה.
העתיד של האנרגיה הסולרית
לחשמל סולרי עתיד מזהיר, בגלל:
- שהוא טוב לכדור הארץ. אנרגיה סולרית היא בת-קיימא וכןידידותית לסביבה.
- אנרגיה נקייה היא המקום שאליו העולם פונה. לאחר שנת 2035, 50% מייצור החשמל יהיו ניתנים לחידוש.
- היא הופכת לחסכונית ויעילה יותר. המחיר של מערכות חשמל סולריות צפוי להמשיך לרדת, בעוד שהשירות ממשיך להשתפר.
- היא עוזרת ליצור עסקים חדשות ומשרות חדשות. גם צמיחת התעשייה וגם צמיחת המשרות צפויות לשגשג בשטח זה.
לנקודה האחרונה, קריירות בתחום האנרגיה המתחדשת משגשגות. מגזר זה מעסיק יותר מ- 3 מיליון אנשים בארה"ב ו- 11 מיליון אנשים ברחבי העולם, לפי Environmental and Energy Study Institute. מספר המשרות בתחום הסולרי משתנה ברחבי ארה"ב לדוגמה, קיימות 211 משרות בתחום הסולרי רשומות בצפון דקוטה לעומת יותר מ- 10,000 בטקסס, לפי איגוד תעשיות האנרגיה הסולרית (SEIA). עם זאת, מרחב האנרגיה הסולרית מורכב ממהנדסים, חוקרים, מפעילי מפעלים סולריים, מתקיני ציוד ומגוון אנשי מקצוע אחרים במשרות ברחבי המדינה.
חברות מסתכלות קדימה גם על חשמל סולרי ועל דברים אחרים שניתן לחדש. חברות טכנולוגיה גדולות הכריזו על יוזמות אחריות חברתית ועל מטרות סביבתיות עבור הארגונים שלהן. לדוגמה, Microsoft התחייבה למאזן חיובי של צריכת מים ולמאזן שלילי של צריכת פחמן עד 2030. לצרכנים יותר ויותר אכפת מהאחריות החברתית הארגונית, ולכן צפוי שארגונים נוספים יפתחו מדיניות סביב המחויבות שלהם לקיימות בעתיד הקרוב.
האץ את המסע שלך לקיימות
בכל שלב שבו אתה נמצא במסע שלך לעבר ניטרליות פליטת פחמן, Microsoft Cloud for Sustainability מאפשר לך לשפר את ההתקדמות ולשנות מהיסוד את הארגון שלך באמצעות יכולות של שמירה על הסביבה, צדק חברתי וממשל תאגידי (ESG).
שאלות נפוצות
- אנרגיה סולרית היא אנרגיה מהשמש שניתן להפוך אותה לחשמל. זהו מקור אנרגיה מתחדש, כלומר הוא ניתן לחידוש ולא מתכלה לאחר שימוש חד-פעמי. אנרגיה סולרית כוללת מגוון של שימושים, ובאפשרותך להשתמש בה כדי להפעיל בניינים, מים חמים, להטעין אלקטרוניקה ומכשירים רלוונטיים ועוד. אנרגיה סולרית נקראת גם חשמל סולרי או קרינה סולרית. מידע נוסף >
- ניתן להשתמש באנרגיה הסולרית הן באופן מקומי והן באופן מסחרי. ברמת מגורים, לדוגמה, היא יכולה לספק לבתים חשמל, מים חמים וחימום וקירור. עסקים מסוימים משתמשים באנרגיה סולרית כדי להפעיל את המשרדים, המפעלים או החוות שלהם. בנוסף, ממשלות יכולות לספק חשמל לשירותים ומתקנים—כגון פנסי רחוב, מגרשי חניה, תחבורה ובתי ספר—באמצעות אנרגיה סולרית.
-
השימוש באנרגיה סולרית כולל כמה יתרונות. בנוסף לכך שאנרגיה סולרית קיימת בשפע ומתחדשת, היא גם מפחיתה את טביעת הרגל הפחמנית הקולקטיבית שלנו, מכיוון שיצירת אנרגיה סולרית עצמה מפיק אפס פליטות פחמן. אנרגיה סולרית יכולה גם להיות חסכונית. לדוגמה, ההתפתחויות הטכנולוגיות הופכות את מערכות ייצור החשמל הסולריות לנגישות יותר ויותר, ולאורך זמן, מערכות אלה יכולות להפחית באופן קיצוני את חשבונות השירותים הציבוריים. בנוסף, אנרגיה סולרית היא מדרגית—ניתן להשתמש בה כדי להפעיל מתחם מגורים או קהילה שלמה. לבסוף, ניתן להתקין מערכות אנרגיה סולרית כמעט בכל מיקום, אפילו באזורים מרוחקים, כלומר ניתן לציין חשמל במקומות שאין להם גישה לחשמל.
- תחילה, קיימות שלוש טכנולוגיות עיקריות המשמשות לרתימה של אנרגיה סולרית: פוטו-וולאטי (PV), מגדל שמש (CSP) וחימום וקירור סולריים (SHC). לאחר רתימת אנרגיה סולרית, דרושים לך כמה רכיבים בסיסיים כדי לאחסן אותה: סוללות, לוחות סולריים, לוחות תתי-לוחות קריטיים וממירי מתח. לאחר מכן, קיימות שלוש דרכים לאחסון אנרגיה סולרית: סוללה, אנרגיה מכנית ואחסון תרמי. בהתאם לצרכים שלך ולמכשירים שבשבילם אתה משתמש בחשמל סולרי (למשל, כדי להפעיל בית כפרי של 111 מ"ר לעומת נכס גדול שאינו חלק מהרשת), התהליך שלך עשוי להשתנות.
- עלויות ההתקנה הראשונית—בארצות הברית העלות יכולה לנוע בין USD$10,000-$25,000 לבית מגורים—יכולות להיות יקרות ללקוחות רבים. עם זאת, במדינות מסוימות יש תוכניות ממשלתיות, אשר יכולות לעזור לך לקזז את העלויות של תחילת העבודה עם אנרגיה סולרית. הדבר עשוי לכלול משאבים לבניית מערכת חסכונית או כיצד להבטיח נקודות זכות מס זמינות. זה ייקח זמן מה (בערך עשור), אך אתה אמור להחזיר את העלויות של מערכת לוחות סולריים ולראות חסכון שיבוא לידי ביטוי בחשבון החשמל שלך. בהתאם לגורמים כגון העלות של מערכת האנרגיה הסולרית שלך וגודל הנכס שלך, החיסכון שלך בעלויות חשמל יכול לנוע בין כמה מאות דולרים לכמה אלפי דולר בשנה.
- אנרגיה סולרית היא אחת מצורות האנרגיה בנות-הקיימא ביותר הזמינות כיום. לא רק שהיא קיימת בשפע ומתחדשת—השמש מספקת מספיק אנרגיה בכל יום כדי לענות על דרישת האנרגיה הגלובלית הנוכחית למשך שנה שלמה—ניתן גם ליצור אותה בצורה חסכונית ובקנה מידה גדול. ייצור חשמל סולרי אינו מייצר פליטות גזי חממה, דורש עלויות תחזוקה מינימליות לאחר התקנה הלוחות הסולריים, ומספק חשמל ללא סיכון בזיהום מים או אוויר.
עקוב אחר Microsoft