אנרגיה מתחדשת

כולנו חווים בימינו את הסחף לכיוון ניצול הסביבה לטובת ייצור אנרגיה ירוקה, אשר אינה פולטת פחמן דו-חמצני לסביבה ובעקבות כך הגברת אפקט החממה שאנו מרגישים בישראל ביתר שאת.

ישנן מספר דרכים וסוגים של הפקת אנרגיה עם פגיעה סביבתית מינימלית עד אפסית כגון שימוש באנרגיית הרוח, המים וגיאותרמיקה אך העיקרית ביניהן היא שימוש באנרגיה סולארית, המתאימה כל כך למדינה שטופת שמש כמו ישראל.

היתרונות בשימוש בטכנולוגיה זו היא ברורה ופשוטה, אפס שריפה ואפס פגיעה בסביבה, משמע חשמל נקי מזיהום מה גם שהמאגר הוא כביכול אינסופי או לפחות כל עוד תזרח השמש. על פניו מושלם, אך הדרך להפסקת שימוש בדלקים מזהמים עוד ארוכה.

מהי אנרגיה סולארית ואיך כל הסיפור הזה מתורגם לחשמל?

זוהי אנרגיה שמקורה בקרינה אלקטרו-מגנטית הנפלטת מהשמש, אותה קרינה מומרת ע"י מתקנים ייעודיים לאנרגיה תרמית או חשמלית. הדרכים העיקריות לייצור חשמל הן:

  1. אנרגיה תרמו-סולארית – ע"י חימום נוזל / יצירת אידוי מופעל מנוע או טורבינה
  2. שימוש בתאים פוטו-וולטאיים שמסוגלים לתרגם אור ישירות לחשמל זמין

אם נתמקד לרגע בשימוש באפשרות השניה נגלה שזה הולך איתנו אחורה הרבה משחשבנו.

פעולת התא הפוטו-וולטאי נקראת "אפקט פוטו-וולטאי" שהתגלה עוד בשנת 1839 ע"י מדען צרפתי בשם אלכסנדר אדמונד בקרל, ומאוחר יותר קיבל אישרור יותר מעשי מלא אחר מאשר אלברט איינשטיין על האפקט הפוטו-אלקטרי ב1905. כבר בשנות ה50 נעשה שימוש בתאים פוטו-וולטאים ע"י סוכניות חלל בלוויינים.

מבנה התא באופן הכי מופשט עדיין מעט מורכב להסבר – הוא מיוצר מ-2 שכבות של מוליכים למחצה, כל אחד מצדה האחר של הטבלה המחזורית, עם משקל שונה של אלקטרונים ליצירת חוסר איזון, כך אחד המוליכים "שואב" אלקטרונים ולכן נותרים אטומים מסויימים עם "חור אלקטרוני" חיבור מוליך למחצה מסוג n ומסוג p יוצר צומת PN, שבו שדה חשמלי בין האזורים שעזבו האלקטרונים ובאזורים שהתמלאו בהם החורים. שדה זה מהווה את המפתח לפעולת התא הסולארי.

אשלים

כאשר פוטון בעל אנרגיה מספקת פוגע באזור השדה, הוא מנתק אלקטרון מאטום הסיליקון, ויוצר זוג של אלקטרון חופשי וחור. השדה החשמלי מפריד בין האלקטרון לחור ומביא את האלקטרון לצד N ואת החור לצד P. כך נוצר זרם של אלקטרון אחד. פוטונים רבים יצרו זרם רב של אלקטרונים, כלומר זרם חשמלי.

לכל תא סולרי יש פער אסור – האנרגיה המינימלית שהתא יכול לקלוט. כאשר פוטון באנרגיה גבוהה מספיק נקלט על ידי התא, אלקטרון אחד נפרד מגרעינו ועובר מפס הערכיות לפס ההולכה. הדבר יוצר יונים חיוביים (קטיונים) בפס ההולכה ויונים שליליים  (אניונים) בפס הערכיות. המשיכה בין היונים גורמת למסירת אלקטרונים מהשכבה התחתונה אל העליונה, וכך ליצירת זרם.

כיום ניתן לומר שבני האדם כבר הצליחו לרתום את השמש למשימה הרבה יותר מבעבר, עם ניצול ממוצע של 25% מקרינת השמש הנפלטת לכדור הארץ בכל תא פוטו-וולאטי לעומת ניצול נמוך ביותר במאה הקודמת. אך התיאוריה סוברת כי ניתן להגיע לכדי 50% ניצול המערכת להפקת חשמל, גורם חשוב ביותר בהתחשב בעובדה שחסרונה הגדול ביותר של המערכת היא מימדי השטח הענקיים שהיא דורשת כדי להפיק כמות אנרגיה דומה ביחס לתחנות כח העובדות על עיקרון בעירה, רק לשם השוואה תחנת הכח הסולארית (הגדולה בישראל) ליד יישוב אשלים שבנגב משתרעת על פני 10,000 דונם ומתוכננת לייצר הספק חשמלי בהיקף של 250 מגה וואט (וכל הנראה לא לחלוטין בשימוש באנרגיה סולארית אלא גם בשימוש מועט בבעירה), לעומתה תחת רידינג בתל אביב בשיאה יכולה להפיק כ-500 מגה וואט בשימוש בשליש מהשטח של הקודמת.

לכן הקמת תחנות סולאריות זה לא עסק פשוט כדי לספק את צורכי האנרגיה של מדינת ישראל (כרגע פחות מ-4% מהאנגיה במשק הישראלי מגיעה מאנרגיה סולארית) ויעבור עוד זמן רק עד שננשום אוויר נקי מתחנות כח מזהמות.

אך השימוש ההולך וגובר, ויחד איתו המשאבים למחקר ופיתוח נותנים תקווה שעם הטכנולוגיה הזו ויחד איתה טכנולוגיות סביבתיות אחרות שציינו יאפשרו לנו להיגמל מההתמכרות האנושית לדלק מאובנים ובתקווה לקבל עתיד נקי יותר לנו ולעולם עצמו.

פוסטים קשורים