תא פוטו-וולטאי

לאורך השנים האחרונות אנו מחפשים דרכים חדשות ליצור אנרגיה, העושות שימוש במשאבים טבעיים כמו אור השמש. כבר לפני יותר ממאה שנה התגלתה דרך חכמה ליצור זרם חשמלי, במאמר זה נגלה אותה.

איך מייצרים אנרגיה סולארית?

כדי להבין איך מייצרים אנרגיה סולארית יש להכיר קודם כל את התהליך שמתרחש בזרם חשמלי. זרם חשמלי הוא תנועה של אלקטרונים ממקום למקום. כדי לייצר זרם זה אנו צריכים לגרום לאלקטרון לנוע מחומר אחד לחומר שני. בחוטי החשמל שבבית אנו עדים לזרם של מטען שלילי באמצעות חומרים מוליכים.

לעומת זאת, כדי לייצר אנרגיה סולארית כל שעלינו לעשות הוא להשתמש באנרגית השמש הגורמת לשחרור של אלקטרון מחומר אחד ותנועה שלו לחומר אחר. הדבר מתבצע באמצעות מוליכים למחצה כמו סיליקון מסוגים שונים. תהליך זה נוצר בתוך תא פוטו-וולטאי המפעיל אפקט מיוחד. נחקור אותו בקצרה.

האפקט הפוטו־וולטאי

בשנת 1839 גילה מדען צרפתי בשם אדמונד בקרל תופעה מעניינת. כאשר מקרינים אור על חומרים מסויימים הם מתחילים ליצור זרם חשמלי. כלומר, תנועה של אלקטרון המשתחרר מחומר אחד, יוצרת חור באותו חומר, ומאפשרת לאלקטרון לנוע למקום אחר. אם מכפילים את התנועה הזו בעשרות מונים, ניתן לשחרר כמות גדולה של אלקטרונים וכך נוצר זרם חשמלי. התהליך זה זכה לכינוי האפקט הפוטו וולטאי.

איך עובד תא פוטו־וולטאי?

כעת, בוודאי תהיתם איך עובד תא פוטו-וולטאי. זהו למעשה שילוב של שני מוליכים למחצה (סיליקונים) שאחד מהם בעל מטען שלילי (כמות גדולה של אלקטרונים היכולה להשתחרר) והשני בעל כמות נמוכה של אלקטרונים, לכן הוא יכול "לקבל" אלקטרונים מהסיליקון בעל המטען ה"שלילי".

התא ממוקם על גבי פנל שבו פוגעות קרני השמש. הקרינה האלקטרומגנטית היא למעשה פוטונים הנשלחים מהשמש ופוגעים בפנל זה, יוצרים את האפקט הפוטו־וולטאי וגורמים לשחרור של אלקטרון מכל תא. כך, נוצר זרם חשמלי ללא שימוש בחומרים מתכלים, וללא זיהום סביבתי.

מערכת סולארית

היכולת למנף את האפקט הזה ליצירת חשמל הוביל לפיתוח של מערכות סולאריות מתקדמות. בתחילה, השימוש היה לבניית לוויינים, ולאחר מכן הוקמו תחנות פוטו־וולטאיות לשימוש בכל העולם. כעת, אותה טכנולוגיה מגיעה גם למתקנים ביתיים וציבוריים ומאפשרת לייצר חשמל ללא זיהום ובעלות נמוכה בהתקנה של מערכת סולארית. אנו רואים את התאים הפוטו־וולטאים על גבי תאורת רחוב, מערכות חשמל מתקדמות ואפילו תאים סולאריים קטנים המפעילים מחשבון ביתי.

לסיכום, כיום יש דרך יעילה ונוחה להפיק חשמל ללא שימוש בחומרים מתכלים וללא זיהום, במודל המתאים לעקרונות של קיימות ושמירה על איכות הסביבה. מדינת ישראל שטופת השמש היא המקום המושלם להשתמש באפקט הפוטו־וולטאי תוך ניצול מירבי של קרני השמש ליצירת אנרגיה. סביר להניח שבעשורים הבאים נראה יותר חוות פוטו־וולטאיות, וניצול רב יותר של הטכנולוגיה לשימוש פרטי ומסחרי.