כעת כל העולם מתמודד עם בעיית האנרגיה, הדלדול ההדרגתי של האנרגיה המסורתית, יחד עם זיהום האנרגיה המסורתית לסביבה, פיתוח אנרגיה חדשה הפך לעניין דחוף. הגנת הסביבה של אנרגיה חדשה יותר ויותר תשומת לב, אנרגיה סולארית היא אנרגיה חדשה בלתי נדלית, אבל גם סוג של אנרגיה להגנת הסביבה, כמעט אפס זיהום. כעת, לאחר שתאים סולאריים יושמו במקומות רבים, הסדרה הקטנה הבאה תציג את עקרון העבודה של פאנלים סולאריים.
היכרות עם פאנל סולארי
פאנלים סולאריים הם מכשיר הממיר במישרין או בעקיפין את אנרגיית הקרינה של השמש לאנרגיה חשמלית באמצעות האפקט הפוטואלקטרי או האפקט הפוטוכימי על ידי קליטת אור השמש. זהו בעיקר סוג אלקטרומגנטי שמשתמש באנרגיה של אור השמש לייצור חשמל. בדרך כלל חומר הייצור העיקרי של פאנלים סולאריים הוא סיליקון, אך בשל עלות הייצור גדולה מדי, עד כה לא ניתן היה לעשות בו שימוש נרחב. עם זאת, בהשוואה למוצרי סוללה אחרים, פאנלים סולאריים יעילים יותר באנרגיה וידידותיים לסביבה, ואני מאמין שהם יהיו פופולריים בעתיד.
עיקרון של פאנל סולארי
פאנלים סולאריים הם מכשיר יעיל המגיב לאור ויכול להמיר אנרגיית אור לחשמל. ישנם סוגים רבים של חומרים שיכולים לייצר אפקט פוטו-וולטאי, כגון סיליקון חד-גבישי, פוליסיליקון, סיליקון אמורפי, גליום ארסניד, אינדיום נחושת סלניד וכו', עקרון ייצור החשמל של חומרים שונים הוא בעצם זהה, כאן, קח סיליקון גבישי כמו דוגמה, תאר את התהליך העקרוני של פאנלים סולאריים. סיליקון גבישי מסוג P מסומם בזרחן כדי להשיג סיליקון מסוג N וליצור צומת PN.
כאשר האור פוגע במשטח הבסיסי של הפאנל הסולארי, חלק מהפוטונים נספגים בחומר הסיליקון; האנרגיה של הפוטון מועברת לאטום הסיליקון, כך שהאלקטרונים הופכים לאלקטרונים חופשיים, והפרש הפוטנציאלים נאסף משני צידי צומת ה-PN. כאשר המעגל מחובר חיצונית, תחת פעולת המתח הזה, יזרום זרם דרך המעגל החיצוני, ובכך ייצור הספק פלט מסוים. המהות של תהליך זה היא הפיכת אנרגיית הפוטון לאנרגיה חשמלית.
פאנלים סולאריים הם אמצעי חשוב לשימוש אנושי באנרגיה סולארית, לייצור החשמל שלו יש בדרך כלל שתי דרכים, האחת היא מצב המרת אור-חום-חשמל, השנייה היא מצב המרה ישירה של אור-חשמל. בואו נסתכל על שתי הדרכים הללו לייצור חשמל.
1, שיטת המרת אור-חום-חשמל: האם השימוש בקרינת השמש הנוצרת על ידי החום של תהליך ייצור חשמל, זה בדרך כלל על ידי הקולט הסולארי יספוג את החום לתוך הקיטור הבינוני הפועל, ולאחר מכן יניע את כוח הטורבינה דוֹר. התהליך הראשון הוא תהליך המרת חום קל, והתהליך האחרון הוא תהליך המרת חום-חשמל, שזהה לייצור חשמל תרמי רגיל.
2, מצב המרה ישירה של אור-חשמל: השימוש באפקט הפוטואלקטרי כדי להמיר ישירות את קרינת השמש לחשמל, המכשיר הבסיסי הוא פאנלים סולאריים. פאנלים סולאריים הם שימוש באפקט פוטו-וולטאי והמרה ישירה של אנרגיה סולארית לציוד אנרגיה חשמלי, שייך לפוטודיודה מוליכים למחצה, כאשר השמש זורחת על הפוטודיודה, הפוטודיודה תהפוך את האור הסולארי לאנרגיה חשמלית, וכתוצאה מכך זרם. כאשר מספר פאנלים סולאריים מחוברים בסדרה או במקביל, זה יכול להפוך למערך תאים סולאריים עם הספק פלט גדול יותר.
לייצור חשמל תרמי של פאנלים סולאריים יש את החסרונות של יעילות נמוכה ועלות גבוהה, וההערכה היא שההשקעה יקרה לפחות פי 5 עד 10 מתחנות כוח תרמיות רגילות. תחנת כוח תרמית סולארית בהספק של 1000MW דורשת השקעה של 2 עד 2.5 מיליארד דולר, וההשקעה הממוצעת של 1kW היא 2000 עד 2500 דולר אמריקאי. לכן, פאנלים סולאריים מתאימים רק לאירועים מיוחדים בקנה מידה קטן, ושימוש בקנה מידה גדול הוא מאוד לא חסכוני מנקודת המבט הנוכחית, כך שהוא לא יכול להתחרות בתחנות כוח תרמיות או גרעיניות רגילות.
למרות שאנרגיה סולארית היא אנרגיה ידידותית מאוד לסביבה, תאים סולאריים הם גם דרך טובה לחסוך באנרגיה, אך מבחינת הטכנולוגיה הנוכחית, עלות הייצור של תאים סולאריים עדיין גבוהה יחסית, ולכן היא לא זכתה לפופולריות. עם זאת, יישום אנרגיה נקייה יהווה מגמה בלתי נמנעת, ואנרגיה סולארית היא כמעט נטולת זיהום, בין אם מנקודת מבט אנרגטית ובין אם מנקודת מבט של הגנת הסביבה, פיתוח אנרגיה סולארית יהיה עניין שצריך לפתח במרץ בעתיד. אולי בעתיד הקרוב יהיו לנו תאים סולאריים בבתים שלנו.