תא פוטו-וולטאי
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
תא פוטו-וולטאי (PV) או תא סולארי הוא התקן סולארי להפקה ישירה של אנרגיה חשמלית על ידי קליטת קרינה אלקטרומגנטית מן השמש. חסרון השיטה היא בעלות הגבוהה יחסית של הפקת חשמל, שכן מחירם של הפנלים הפוטו וולטאים עדיין גבוה יחסית.
תוכן עניינים |
[עריכה] היסטוריה
פעולתו של התא מבוססת על האפקט הפוטו-וולטאי, שהתגלה בשנת 1839 על ידי המדען הצרפתי אלכסנדר אדמונד בקרל. בשנת 1883 נבנה התא הפוטו-וולטאי הראשון מסלניום מצופה זהב, ובשנת 1954 בנתה חברת בל את הלוח הפוטו וולטאי הראשון העשוי סיליקון. ב-1958 שיגרה ברית המועצות את הלוויין הראשון שעשה שימוש בתאים פוטו-וולטאיים, ובעקבותיה הלכה ארצות הברית.
תחנת הכוח הפוטו-וולטאית הגדולה בעולם עתידה לקום עד 2009 בסקסוניה, גרמניה.
[עריכה] מבנה התא הפוטו וולטאי
התא הפוטו וולטאי הנפוץ ביותר בנוי משתי שכבות צורן (סיליקון) שבכל אחת עקבות של יסוד נוסף. לצורך הדגמה, בשכבה העליונה העקבות הן של היסוד ארסן ובתחתונה הן של היסוד בורון. לאטום צורן ארבעה אלקטרונים ברמה החיצונית והוא יוצר קשרים קוולנטיים עם ארבעה אטומי צורן אחרים. לארסן חמישה אלקטרונים ברמה החיצונית, לכן ישנו אלקטרון "מיותר" בשכבה העליונה, אשר לא משתתף במבנה של הצורן. לכן ניתן לומר ששכבה זו שלילית למחצה. לבורון שלושה אלקטרונים ברמה החיצונית, לכן נוצרים "חורים" במבנה הצורן ברמה החיצונית. לכן ניתן לומר ששכבה זו חיובית למחצה. משום כך ישנה משיכה כימית בין השכבות, כאשר אלקטרון הארסן שואף להגיע אל 'חורי' הבורון.
[עריכה] אופן הפעולה
כאשר גלים אלקטרומגנטיים באורך המתאים נקלטים בשכבה העליונה, האלקטרונים ה"מיותרים" שבה משתחררים ממשיכת הגרעין והופכים חופשיים. המשיכה הרבה של השכבה התחתונה גורמת לאלקטרונים החופשיים לנוע מהשכבה העליונה דרך המוליך אל השכבה התחתונה. הדבר יוצר יונים חיוביים (קטיונים) של ארסן בשכבה העליונה, ויונים שליליים (אניונים) של בורון בשכבה התחתונה. עובדה זו גורמת למשיכה בין היונים ובעקבות כך למסירת אלקטרונים מהשכבה התחתונה אל העליונה. מעגל זה יימשך כל עוד מקור האור זמין.
ניתן להשתמש בתהליך זה כאשר מחברים למוליך מכשיר חשמלי כלשהו.
[עריכה] יישומים
התאים הפוטו-וולטאיים משמשים כיום לאספקת חשמל לתחנות חלל וללוויינים, למכשירי חשמל קטנים כגון מחשבונים ולאספקת חשמל למקומות מבודדים. בישראל ניתן לראות תאים פוטו-וולטאים המותקנים על עמודי תאורה ליד תחנות הסעה מבודדות.
בשנים האחרונות חברות ישראליות נכנסו לשוק זה ומציעות לרכישה תאים פוטו-וולטאים לשימוש פרטי לצורך חסכון בחשבון החשמל המשפחתי. אפשר להתקין שעון חשמל דו-כיווני שמאפשר לייצר חשמל ו"למכור" אותו למעשה לחברת החשמל ובכך להקטין את חשבון החשמל.
נכון ל-2006, עלות מערכת המייצרת הספק שיא של קילוואט אחד הוא כ-35,000 שקלים. בשל העובדה שהמערכת אינה מייצרת חשמל בלילה ובימים מעוננים וגשומים, ניתן לייצר במרכז הארץ באמצעות מערכת כזו כ-1,600 קוט"ש בשנה. באזורים מדבריים נצילות המערכת יכולה להיות גבוהה יותר. לכן התקנה ביתית של פנל פוטו-וולטאי אינה כדאית כיום מבחינה כלכלית, שכן החזר הוצאות ההתקנה נמתח על פני תקופה של עשרות שנים (בין 20 שנים באזורים מדבריים ל-40 שנים ויותר במרכז הארץ).
במרכז הלאומי לאנרגיית השמש באוניברסיטת בן-גוריון, נערכים מחקרים בתחום הפוטוולטאי, העוסקים בין השאר בתא פוטו-וולטאי מבוסס פחמן, ובייצור חשמל פוטו-וולטאי באמצעות שימוש במראה מרכזת גדולה. הציפיות הן שמחקרים אלו יבשילו בעשור הבא לכדי מערכות זולות והמוניות לייצור חשמל מאנרגיית שמש.
