שימוש באנרגיה סולארית כדי לחסוך בעלויות אנרגיה יכול להיות אופציה טובה. אמנם יש כמה בעיות שצריך לטפל בהן, אבל יש יתרונות רבים ושונים לשימוש בסוג זה של כוח.
ריכוז אנרגיה סולארית
למרות הפיתוח של טכנולוגיות אנרגיה סולארית והשימוש הנרחב באנרגיה סולארית פוטו–וולטאית (PV) לייצור חשמל, אנרגיה סולארית מרוכזת (CSP) נותרה טכנולוגיה חדשה יחסית. טכנולוגיה זו כרוכה בהמרה של אור השמש לחום בטמפרטורה גבוהה, המניע טורבינה לייצר חשמל. לאחר מכן, החום מאוחסן במערכת אחסון אנרגיה תרמית, מייצר חשמל בתקופות מעוננות או כאשר השמש נמוכה בקרינה.
ריכוז אנרגיה סולארית יכול לשמש למגוון יישומים, כולל חימום מים, התפלת מים ואפילו עיבוד מזון. זה יכול לשמש גם כדי לסייע בהפעלת מערכת חשמל ביישומים בקנה מידה שירות. עם זאת, הוא עדיין לא צבר מומנטום שוק משמעותי בארה"ב, במיוחד באזור הדרום מערב. זה נבע בחלקו מהערכות שווי משאבים מסורתיות. עם זאת, פרויקטים של ריכוזי שמש בקנה מידה מסחרי יותר מפותחים בארה"ב מכיוון שמדיניות המדינה מעודדת פיתוח אנרגיה סולארית.
הפיתוח של טכנולוגיית CSP נהנה מהמנהיגות של ארצות הברית במחקר אנרגיה סולארית. בשנות ה-80, אזור מדבר מוהאבי בקליפורניה אירח את מפעלי ה–CSP הפועלים המוקדמים ביותר בעולם. מערכת Ivanpah Solar Electric Generating System (SEGS) היא מפעל ה–CSP הגדול בעולם, עם הספק של 377 מגה וואט. תחנות כוח סולאריות מרוכזות אחרות משתמשות בקרני שמש כדי לחמם מים ישירות לקיטור. סוג זה של טכנולוגיה נדיף יותר מטכנולוגיית מלח מותך.
סוג אחר של CSP משתמש במנוע סטירלינג כדי להמיר אור שמש לחום. לטכנולוגיה זו יש פוטנציאל להחליף גנרטורים דיזל במקומות מרוחקים. גנרטורים אלה מייצרים חום דרך מראות בצד החיצוני של המנוע. לאחר מכן החום נקלט ומשמש להנעת מנוע חום המחובר למחולל חשמל.
ריכוז אנרגיה סולארית היא טכנולוגיה שמתפתחת כל הזמן, מה שהופך אותה לאחת הצורות החשובות ביותר של אנרגיה מתחדשת. ניתן להשתמש בו ביישומים בקנה מידה שימושי, כגון התפלת מים והגברת שחזור נפט, כמו גם ביישומי אנתלפיה גבוהה, כגון ייצור כימיקלים. יש לו גם פוטנציאל לשימוש בכלי רכב דלק מאובנים ותחנות כוח דלק מאובנים. ניתן להקים את המערכת במגוון דרכים, בהתאם לצרכי הפרויקט.
ריכוז אנרגיה סולארית הוא חלק חשוב במהפכת טכנולוגיית האנרגיה. יש לו פוטנציאל להיות מקור אנרגיה נייד והוא יכול לספק חשמל נקי בשיעורים נמוכים יותר מאשר צורות חשמל אחרות. עם זאת, יש לו גם חסרונות משלו. ייתכן שיהיה קשה למצוא שטחי אדמה גדולים המתאימים למפעלי CSP. בנוסף, למפעל CSP חייבת להיות גישה נאותה לרשת הולכה.
תחנת "מרכז האנרגיה הסולארית" של Crescent Dunes היא תחנת כוח סולארית שנמצאת באמצע הדרך בין לאס וגאס ורינו. גובהו 195 מטרים, והוא מוקף ב-10,000 מראות בגודל שלטי חוצות. הפרויקט גם מוכיח שניתן להשתמש בטכנולוגיית מלח מותך לאנרגיה סולארית. הפרויקט מבטל את הצורך בתחנות כוח לגיבוי של דלק מאובנים ומספק גם חשמל לפי דרישה.
המרת קרינת השמש לאנרגיה חשמלית
שימוש במקורות אנרגיה מתחדשים היא דרך מצוינת להשלים את אספקת האנרגיה ממקורות קונבנציונליים. ניתן להשתמש באנרגיה סולארית בתחנות כוח חשמליות גדולות, או במודולים פוטו–וולטאיים בבתים או במבנים אחרים. מערכות אלו מייצרות מאות קילוואט חשמל, ובמקרים מסוימים אלפי קילוואט חשמל.
המרת אנרגיה סולארית היא תהליך לא קל. הגורמים המרכזיים שקובעים עד כמה תהליך ההמרה עובד הם עוצמת קרינת השמש וטמפרטורת הסביבה. ככל שהקרינה חזקה יותר, תהליך ההמרה פחות יעיל. זה נובע בין השאר מהעובדה שקרינת השמש מגיעה לכדור הארץ במגוון אורכי גל. טווח הקליטה של ספקטרום השמש התרחב מאולטרה סגול לאורכי גל גלויים במהלך המאה האחרונה. בנוסף, קליטה בתוך האטמוספירה של כדור הארץ גורמת להבדלים בספקטרום השמש.
היעילות של המרת אנרגיה סולארית יכולה לנוע בין שיא של 12% לשפל של 21%. זה תלוי בסוג הפאנל הסולארי ובטמפרטורת הסביבה הממוצעת. היעילות הטובה ביותר נמצאת בקווי הרוחב 45 מעלות מצפון או מדרום לקו המשווה.
בין החומרים השונים המשמשים לייצור תא פוטו–וולטאי, סיליקון הוא המוליך למחצה הנפוץ ביותר. תכונות המוליך למחצה כוללות את היכולת לספוג אנרגיה מהשמש, וכן לייצר אלקטרונים למעגל חיצוני. בנוסף, סיליקון יכול לשמש גם כמבודד. עם זאת, יש לו יעילות המרה תיאורטית גרועה.
בשנים האחרונות, מוליכים למחצה מבוססי סיליקון הפכו נפוצים יותר במערכות המרת אנרגיה סולארית. עם זאת, כמות משמעותית של זיהום נוצרת בתהליך הייצור. לתאים הסולאריים המתקבלים יש שיעורי יעילות אנרגטית של 15 עד 20%. חברות מסוימות מפתחות גם תאים סולאריים טובים יותר.
אנרגיה סולארית יכולה לשמש גם כדי להשלים את אספקת החשמל לרשת שירות. לטכנולוגיה זו יש פוטנציאל להועיל לקהילות כפריות שאין להן חשמל מבוסס רשת. עם זאת, העלות של אנרגיה סולארית מהווה חסם מרכזי לשימוש רחב יותר. עלות האנרגיה הסולארית עומדת ביחס ישר לעלות החומרים המשמשים. כתוצאה מכך, מערכות אנרגיה סולארית יהפכו לזולות יותר ויותר. למעשה, ההערכה היא שתחנות כוח סולאריות יהיו התעשייה הגדולה ביותר לייצור אנרגיה עד שנת 2050.
עם זאת, ככל שעלות הדלקים המאובנים תמשיך לעלות, גם עלות האנרגיה הסולארית תגדל. זה יעשה עומס על שירותים. זה גם יקשה על הימנעות מפליטת גזי חממה. יהיה חשוב להגביר את היעילות של הטכנולוגיות הקיימות על מנת לעמוד בדרישות האנרגיה העתידיות. עם זאת, פריצות דרך של ידע בסיסי אמורות לאפשר התקדמות משמעותית בעתיד.
ניתן להשתמש בתגובה הספקטרלית של הספקטרום הסולארי כדי לחשב את הכוח שנוצר על ידי תא סולארי. בנוסף, ניתן להשתמש באנרגיית האור שאינה מועברת דרך מסננים כדי לחשב את ההספק שנוצר.
שימושים פסיביים באנרגיה סולארית
שימוש באנרגיה סולארית למטרות פסיביות יכול להועיל מאוד לביתכם. אנרגיה זו יכולה לשמש לחימום מים, בישול מזון ואספקת חשמל. ניתן להשתמש בחום השמש כדי להפוך את ביתכם לחמם יותר בחורף. זה גם יכול לעזור להפוך את הבית שלך לחסכוני יותר באנרגיה.
עיצובים סולאריים פסיביים הם פשוטים ואינם כרוכים בהרבה ציוד יקר. הם כוללים בניין עשוי מסה תרמית וחלונות גדולים. המבנה נועד לנצל את תנועת השמש במהלך היום ובעונות השנה. עיצובים אלה יכולים לחסוך הרבה כסף בעלויות חימום וקירור.
במקרים מסוימים, עיצובים אלה יכולים להפעיל את הבית שלך לחלוטין על אנרגיה סולארית. במקרים אחרים, הבניין יזדקק לציוד אקטיבי, כמו משאבות ומאווררים כדי לפזר את החום בכל המבנה. עיצובים אקטיביים אלה יעבדו בשילוב עם עיצובים פסיביים כדי למקסם את היתרונות. עיצובים פעילים אלה מכונים לפעמים מערכות פוטו–וולטאיות (PV).
שימושים פסיביים באנרגיה סולארית כוללים שימוש באנרגיה תרמית סולארית לחימום מים או לחימום וקירור הבית. קרני השמש עוברות דרך חלונות ויכולות להיספג במסה התרמית בבניין שלכם. המסה התרמית סופגת את החום ואוגרת אותו לשימוש במהלך החודשים הקרירים יותר. זה מאפשר לבית להיות חם יותר במהלך החורף, וקריר יותר במהלך הקיץ.
שימושים פעילים באנרגיה סולארית כוללים שימוש בפאנלים סולאריים לייצור חשמל. טכנולוגיה זו הופכת נפוצה יותר בשנים האחרונות. מערכי פאנלים סולאריים גדולים יכולים לייצר מאות קילוואט של כוח. ניתן להשתמש בכוח זה להפעלת מכשירים 365 ימים בשנה. הוא יעיל גם לשאיבת מים מבאר או לקירור הבית. זהו מקור אנרגיה ידידותי לסביבה שאינו מייצר פליטות.
מערכות אנרגיה סולארית אקטיביות כוללות בדרך כלל קולטים, משאבות ומפוחים. מערכות אלו יכולות להיות מתוגברות גם על ידי אחסון סוללות או בקרי מתח. מערכות אלו יכולות לכלול גם מכשירי חישה אלקטרוניים לוויסות חלוקת החום בביתכם. מכשירים אלה יכולים לשלוט בהתחממות תת או התחממות יתר, ויכולים לעזור לווסת את זרימת חום השמש דרך הבית שלך.
ניתן להשיג שימושים פסיביים באנרגיה סולארית על ידי בניית בית עם שטחי חלונות גדולים ומחמם מים יעיל במיוחד. ניתן להטות חלונות כדי לשקף את אור השמש ולספק יותר חום באקלים קר יותר. ניתן להשתמש בחומרים אחרים כדי להחזיר את אור השמש. גם חלונות ודלתות אטומים היטב מועילים. הם עוזרים לשמור על הבית שלך נקי יותר ומונעים מזיקים וחיידקים להיכנס לביתך.
שימושים פסיביים בטכנולוגיה סולארית יעילים גם בהפיכת הבית שלכם לחסכוני יותר באנרגיה. ניתן להתקין פאנלים סולאריים על גג ביתכם, ויכולים לספק לכם מים חמים. בנוסף, ניתן להתקין תריסים בעלי פליטה נמוכה כדי למנוע מקרני השמש לגרום להתחממות יתר.
