אנרגיה פוטו-וולטאית או תרמית? להבין הכל על ההבדלים ביניהם ולדעת את הסוג המתאים ביותר למקרה שלך
ויוינט סולאר בתמונת Unsplash
נפט ופחם הם מקורות אנרגיה בשימוש נרחב, אך הם מזהמים ביותר. לפיכך, כאשר מבקשים לשלב יעילות אנרגטית והשפעות נמוכות על כדור הארץ, משתמשים באנרגיות מתחדשות יותר ויותר. בסביבה זו אנרגיה סולארית בלטה ונחקרת יותר ויותר, הן לדור במגזר העסקי והן במערכות מגורים.
מהי אנרגיה סולארית?
אנרגיה סולארית היא אנרגיה אלקטרומגנטית שמקורה היא השמש. מסיבה זו הוא נחשב כמקור לאנרגיה בת קיימא ונקייה, שאינו מייצר שאריות מעבר לרכיבי הערכה ועדיין מביא יתרונות סביבתיים בכל הקשור להפחתת פליטת גזי החממה.
ניתן להפוך אותו לאנרגיה תרמית או חשמלית ולהשתמש בו בשימושים שונים. שתי הדרכים העיקריות לרתום אנרגיה סולארית הן ייצור חשמל וחימום מים סולאריים.
לייצור אנרגיה חשמלית משתמשים בשתי מערכות: ההליותרמית, בה הקרינה מומרת תחילה לאנרגיה תרמית ובהמשך לאנרגיה חשמלית (משמשת בעיקר בתחנות כוח ולכן, לא תטופל); ופוטו וולטאית, בה קרינת השמש מומרת ישירות לאנרגיה חשמלית. אנרגיה תרמית סולארית, בתורם, מתקבלת על ידי לכידת קרינה אלקטרומגנטית, ואחריה הפיכתה לחום, כלומר לאנרגיה תרמית. בכך הוא מספק חימום מים במערכות מגורים, בניינים ומסחר.
להלן תמצאו סיכום של המאפיינים וההבדלים בין שני הסוגים העיקריים של אנרגיה סולארית למגורים: פוטו וולטאית ואנרגיה תרמית.
פוטו וולטאיקה
לאנרגיה פוטו-וולטאית יש את הרעיון לייצר חשמל בצורה לא שגרתית, כלומר באמצעות קרינת שמש, מבלי שהיא תצטרך לעבור את שלב האנרגיה התרמית.
כמו בהליוטרם, במערכת האנרגיה הסולארית הפוטו-וולטאית ישנם כמה דגמים של קולטים (או פאנלים סולאריים) בעלי יעילות אנרגטית גדולה או פחות. הנפוצים ביותר הם סרט חד-גבישי, רב-גבישי ודק.
המרכיבים העיקריים של מערכת אנרגיה פוטו-וולטאית הם הפאנלים, מבנה התמיכה, בקרי הטעינה, הממירים והסוללות.
זכור לוודא שהרכיבים המשמשים מאושרים על ידי המכון הלאומי למטרולוגיה, איכות וטכנולוגיה (Inmetro), שביצע את יישום פקודה מס '357 בשנת 2014, במטרה לקבוע כללים לציוד לייצור פוטו וולטאיקה.
ההחזר על ההשקעה משתנה ותלוי בכמות האנרגיה שהנכס דורש. למרות זאת, היתרון של המערכת הביתית קשור לכמה שהמשתמש יכול לחסוך: לאחר שהושג זמן ההחזרה, כבר לא יהיה צורך לשלם את חשבון האנרגיה.
איך זה עובד?
פאנלים סולאריים או פאנלים הם מערכות מיקרו-דור המורכבות מתאים פוטו-וולטאיים. מערכת פאנלים מהווה מודול סולארי. תאים פוטו וולטאיים עשויים מחומרים מוליכים למחצה, כגון סיליקון. כאשר תא צלחת נחשף לאור ולוכד את האנרגיה שלו, חלק מהאלקטרונים בחומר המואר קולט פוטונים (חלקיקי אנרגיה הנמצאים באור השמש).
האלקטרונים החופשיים מועברים בשטף על ידי מוליך למחצה עד שהם נמשכים על ידי שדה חשמלי, שנוצר באזור צומת החומרים על ידי הבדל בפוטנציאל החשמלי בין חומרי מוליכים למחצה אלה. לאחר מכן מוציאים את האלקטרונים החופשיים מהתא הסולארי ומוגשים לשימוש בצורה של אנרגיה חשמלית.
בניגוד למערכת ההליותרמית, המערכת הפוטו-וולטאית אינה דורשת קרינת שמש גבוהה לצורך פעולתה. עם זאת, כמות האנרגיה הנוצרת תלויה בצפיפות העננים, כך שמספר עננים נמוך יכול לגרום לייצור גדול יותר של חשמל בהשוואה לימים של שמים פתוחים לחלוטין, בשל תופעת השתקפות אור השמש.
יעילות ההמרה נמדדת על פי שיעור קרינת השמש על פני התא המומר לאנרגיה חשמלית. נכון לעכשיו, התאים היעילים ביותר מספקים יעילות של כ -25%.
נכון לעכשיו, הממשלה מפתחת פרויקטים לייצור אנרגיה פוטו-וולטאית כדי לענות על דרישות האנרגיה של קהילות כפריות ומבודדות, כך על פי המשרד לאיכות הסביבה. פרויקטים אלה מתמקדים בתחומים כגון:
- שאיבת מים לאספקה ביתית;
- השקיה וגידול דגים;
- תאורת רחוב;
- מערכות לשימוש קולקטיבי (חשמול בתי ספר, מרכזי בריאות ומרכזים קהילתיים);
- טיפול ביתי.
ישנם גם שני סוגים שונים של מערכות פוטו-וולטאיות: כאלה המחוברות לרשת ( על גבי רשת או על רשת ) או מבודדות מהרשת ( מחוץ לרשת או אוטונומית). אחד ההבדלים העיקריים ביניהם הוא הרכב הערכה, שלראשונה אין מכשירים לאחסון אנרגיה, כלומר, היא אינה דורשת שימוש בסוללה ובקר הטעינה. הבדל חשוב נוסף ביניהם הוא כי הראשון חייב להיות מחובר לרשת חלוקת החשמל המקובלת, ואילו השני יכול להיות מותקן באזורים מרוחקים יותר.
עבור מערכות המחוברות לרשת, החוק 10.438 / 02 מעניק יתרונות כלכליים בצורת זיכויי אנרגיה למי שמייצר יותר אנרגיה בבתיהם ממה שהם דורשים, כלומר חיסכון מיידי בכסף שיהיה קשור לתשלום. של חשבון החשמל לחודשים בהם המגורים מייצרים פחות אנרגיה ממה שהוא צריך.
למרבה הצער, ישנם עדיין מעט תמריצים וקווי מימון לסוג זה של אנרגיה בברזיל, שעדיין קשה לגשת ואין להם מעט תחולה. צפוי כי עם הגידול בצריכת מערכות האנרגיה הפוטו וולטאיות יופיעו תמריצים ישימים ונגישים יותר לדיור משותף.
ניצול תרמי
דרך נוספת לנצל את קרינת השמש היא חימום תרמי. חימום תרמי יכול להיעשות בתהליך של ספיגת אור שמש על ידי קולטים, אשר מותקנים בדרך כלל על גגות בניינים, בתים משותפים ובתים.
מכיוון ששכיחות קרינת השמש על פני כדור הארץ נמוכה, יש צורך להתקין כמה מטרים רבועים של קולטים. לכל דגם אספן (שיכול להיות פתוח, סגור או צינורי ואקום) יעילות אנרגיה אופיינית והוא יכול לחמם מים לטמפרטורות ספציפיות. לכן, תמיד קיים דגם מתאים יותר, תלוי בכוונה למרוח את המים המחוממים (שיכולים להיות לרחצה, בריכות שחייה, חימום חלל, בין היתר).
לפי הסוכנות הלאומית לאנרגיה חשמלית (אנל), כדי לספק את אספקת המים המחוממים בבית מגורים של שלושה עד ארבעה תושבים, נדרשים 4 מ"ר אספנים. למרות שהביקוש לטכנולוגיה זו הוא בעיקר מגורים, קיים גם האינטרס של המגזר המסחרי, כגון מבני ציבור, בתי חולים, מסעדות, בתי מלון וחברות אחרות.
זמן ההחזר עבור ההשקעה באנרגיה תרמית סולארית נוטה להשתנות, בדרך כלל בין 18 ל -36 חודשים. אורך החיים השימושיים של דוד שמש מוערך בסביבות 240 חודשים, מה שהופך את המערכת ליותר חסכונית וחסכונית.
איך זה עובד?
עקרון העבודה של ניצול תרמי הוא פשוט: על פני הלוח יש סנפירים עשויים נחושת או אלומיניום, הצבועים בדרך כלל בצבע כהה לספיגה גדולה יותר של קרינת השמש. לפיכך, סנפירים אלה לוכדים את קרינת השמש והופכים אותה לחום. החום נספג בנוזל הקיים בתוך הפאנלים (בדרך כלל מים), המועבר לאחר מכן באמצעות שאיבה דרך צינורות מבודדים, עד שהוא מגיע למיכל המים החמים (מיכל תרמי או דוד).
מיכל המים החמים מורכב מחומר בידוד, המונע מהמים להתקרר ומאפשר אספקתם בטמפרטורה נעימה גם בתקופות ללא שמש.
מהם היתרונות והחסרונות של אנרגיה סולארית?
אנרגיה סולארית נחשבת למקור אנרגיה מתחדש ובלתי נדלה. בניגוד לדלקים מאובנים, תהליך ייצור החשמל מאנרגיית השמש אינו פולט דו תחמוצת הגופרית (SO2), תחמוצות החנקן (NOx) ופחמן הדו חמצני (CO2) - כולם גזים מזהמים עם השפעה מזיקה על בריאות האדם. וזה תורם להתחממות כדור הארץ.
אנרגיה סולארית מוצגת גם כיתרון בהשוואה למקורות מתחדשים אחרים, כגון הידראוליים, מכיוון שהיא דורשת אזורים פחות נרחבים. בנוסף, אנרגיה סולארית כוללת התקנה מהירה ומהירה ומערכת שקטה לחלוטין.
התמריץ לאנרגיה סולארית בברזיל מוצדק על ידי הפוטנציאל של המדינה, שיש בה שטחים גדולים עם קרינת שמש תקרית והיא קרובה לקו המשווה. על פי המועצה לבנייה ירוקה (GBC Brasil), יתרון נוסף של התקנת אנרגיה סולארית הוא הערכה של נדל"ן (נכסים בר קיימא מוערכים עד 30%).
במקרה של אנרגיה פוטו-וולטאית, החיסרון המוזכר לרוב הוא יישומה, שעדיין יקר יחסית. בנוסף לעלות, קיימת גם היעילות הנמוכה של התהליך, המשתנה בין 15% ל -25%. עם זאת, נקודה חשובה ביותר שיש לקחת בחשבון בשרשרת הייצור של המערכת הפוטו-וולטאית היא ההשפעה החברתית הסביבתית הנגרמת על ידי חומר הגלם הנפוץ ביותר בייצור תאים פוטו-וולטאיים, סיליקון.
כריית סיליקון, כמו כל פעילות כרייה אחרת, משפיעה על האדמה ומי התהום באזור ההפקה. בנוסף, חיוני כי לעובדים יהיו תנאים מקצועיים טובים על מנת למנוע תאונות בעבודה והתפתחות מחלות. הסוכנות הבינלאומית לחקר הסרטן (Iarc) מציינת כי סיליקה גבישית היא סרטנית ועלולה לגרום לסרטן ריאות כאשר היא נשאפת כרונית.
הדו"ח של משרד המדע והטכנולוגיה מציין שתי נקודות חשובות נוספות הקשורות למערכת הפוטו וולטאית: סילוק הלוחות חייב להיות מסולק כראוי, מכיוון שיש בהן פוטנציאל לרעילות; וגם מיחזור של לוחות פוטו-וולטאיים לא הגיע עד כה לרמה מספקת.
נקודה חשובה נוספת היא שלמרות שברזיל היא יצרנית גדולה של סיליקון מתכתי, הטכנולוגיה לטיהור סיליקון ברמה הסולארית עדיין בפיתוח. לכן, למרות שהיא מתחדשת ואינה פולטת גזים, אנרגיית השמש עדיין עומדת בפני מכשולים טכנולוגיים וכלכליים. למרות שמבטיח, אנרגיה סולארית תהפוך לכדאית מבחינה כלכלית, ותציג ירידה במחיר רק בשיתוף פעולה בין המגזר הציבורי והפרטי, ובהשקעה במחקר לשיפור טכנולוגיות המקיפות את כל תהליך הייצור.
