אנרגיה סולארית

חום ואור מהשמש מזינים את החיים על פני כדור הארץ.

אנרגיה סולארית או אנרגיית שמש היא אנרגיה שמקורה בקרינת השמש. זהו מקור האנרגיה העיקרי של כדור הארץ, וללא קרינה זו הטמפרטורה בו תצנח למספר מעלות מעל האפס המוחלט, דבר שיקפיא את כל המים והאטמוספירה. אנרגיית השמש האחראית לרוב תופעות האקלים ומניעה את הרוחות באטמוספירה ואת הזרמים באוקיינוסים.

הטמפרטורה הגבוהה יחסית של כדור הארץ, המתאפשרת הודות לאנרגיית השמש, מהווה את אחד הגורמים ההכרחיים לקיום החיים על כדור הארץ. בנוסף, קרינת השמש מהווה גורם הכרחי נוסף לקיום החיים בכדור הארץ בכך שהיא מהווה את מקור האנרגיה העיקרי של הביוספרה במשך מיליארדי שנים. האנרגיה הסולארית מספקת גם את האנרגיה הדרושה לתנועה של מחזורים ביוגאוכימיים ובכך תורמת עוד תרומה חשובה לקיום החיים.

עבור האדם, אנרגיית סולארית היא סוג של אנרגיה מתחדשת ונעשה בה שימוש בטכנולוגיות מסורתיות במשך מאות שנים. בעשרות השנים האחרונות משתמשים באנרגיה סולארית בשיטות שונות כדי לייצר חשמל וחום. מאז שנות ה-2000 יש גידול מהיר בכמות השימוש באנרגיה סולארית לצורכי הפקת חשמל וירידה ניכרת במחירים של פאנלים סולאריים, כמו גם הגברת העניין בתחומים הקשורים בה מצד חוקרים וחברות. מלבד השימוש באנרגיה סולארית בצורה ישירה, היא מניעה כאמור גם את הרוחות והזרמים ומספקת אנרגיה לצמחים ולכן היא זו שמאפשרת סוגי אנרגיה מתחדשת אחרים כמו אנרגיית רוח, אנרגיית גלי ים וביו-דלקים.

סוכנות האנרגיה הבינלאומית העריכה בשנת 2014 העריכה בתרחיש שנקרא "אנרגיה מתחדשת רבה" (High renewables) כי עד שנת 2050 פאנלים פוטווולטאים יתרמו 16% ואנרגיית שמש מרוכזת תתרום 11% מסך צריכת החשמל העולמית, וכי אנרגיית שמש תהיה מקור החשמל הבודד החשוב ביותר בעולם. רוב ההתקנות של מערכות סולאריות צפוי להיות בסין ובהודו. נכון לשנת 2016, כוח סולארי מספק רק 1% מסך צריכת החשמל העולמית, אך קצב הגידול שלו היא 33% בשנה.

השפעות האנרגיה הסולארית בכדור הארץ ובביוספרה

ערך מורחב – אקולוגיה

אנרגיית השמש היא מקור האנרגטי העיקרי של כדור הארץ, וללא קרינה זו הטמפרטורה בו תצנח למספר מעלות מעל האפס המוחלט, דבר שיקפיא את כל המים באוקיינוסים ואת האוויר באטמוספירה. לכן ללא אנרגיה זו אין קיום של חיים כפי שאנו מכירים אותם. בנוסף, אנרגיית השמש היא זו שאחראית לרוב תופעות האקלים והיא המניעה את הרוחות באטמוספירה ואת הזרמים באוקיינוסים. כמות רבה מידי של אנרגיית שמש עלולה לגרור להתחממות עולמית (גם ללא אפקט החממה) וכמות מעטה מידי עלולה לגרום לקירור עולמי.

הטמפרטורה הגבוהה יחסית של כדור הארץ, המתאפשרת הודות לאנרגיית השמש, מהווה את אחד הגורמים ההכרחיים לקיום החיים על כדור הארץ.

האנרגיה הסולארית מספקת גם את האנרגיה הדרושה לתנועה של מחזורים ביוגאוכימיים ובכך תורמת עוד תרומה חשובה לקיום החיים. אנרגיית השמש מאדה כמויות עצומות של מים מהאוקיינוסים ואלו הופכים לענני גשם דבר שמאפשר את מחזור המים בטבע ואת הקיום של חיים ביבשה. לאנרגיית השמש יש כאמור תפקיד מרכזי במחזורי העונות, באקלים ובזרמים של רוחות באטמוספירה ושל וזרמים באוקיינוסים, לכל אלו השפעה נוספת על הביוספרה ועל האדם.

בנוסף, קרינת השמש מהווה גורם הכרחי נוסף לקיום החיים בכדור הארץ בכך שהיא מהווה את מקור האנרגיה העיקרי של הביוספרה במשך מיליארדי שנים.

ייצור ראשוני

ערך מורחב – ייצור ראשוני

השמש מספקת כמעט את כל האנרגיה המקיימת את הביוספרה, על ידי תהליך הפוטוסינתזה בצמחים ובאצות, שמהווים את בסיס מארג המזון ומספקים מקור אנרגיה ראשוני לכלל היצורים החיים האחרים (היוצאים מהכלל הם מיני חיידקים החיים בארובות-גופרית חמות בקרקעית האוקיינוס). הפוטוסינתזה הוא התהליך העיקרי שבו אנרגיה אנ-אורגנית (אנרגיה אלקטרומגנטית) נכנסת למערכת הביוספרית, והופכת לאנרגיה אורגנית (אנרגיה כימית) שזמינה לכלל היצורים החיים. ללא אנרגיה זו לא יהיה קיום לצמחים ולאצות וללא קיום של שכבה זו אין קיום לשכבות של יצורים חיים אחרים כמו חיידקים, פטריות, בעלי חיים צמחוניים, טורפים ואוכלי כל.

שימושים אחרים של אנרגיית השמש בביוספרה

היצורים החיים מנצלים גם את ההיבט החומני של אנרגיית השמש. יצורים בעלי דם קר מתחממים באור השמש, אבל מאזן האנרגיה הפנימי של כלל היצורים, כולל יצורים בעלי דם חם מושפע מההיבט החומני של אנרגיית השמש ולא רק מתרומתה לייצור הראשוני. לדוגמה, יצורים בעלי דם חם החיים באקלים קר, צריכים להשקיע יותר אנרגיה (כלומר לאכול מזון רב יותר) או ל"השקיע" בהיבטים אחרים של משטר האנרגיה שלהם (כמו גידול פרווה סמיכה יותר או להיות בעלי גוף גדול יותר) כדי לשמור על חום גוף קבוע ככל שהטמפרטורה קרה יותר. (ראו החוק השני של התרמודינמיקה בביולוגיה)

צורות חיים שונות מנצלות גלגולים של אנרגיית השמש כדי לחסוך באנרגיה - ציפורים משתמשות בזרמי אוויר חם, כדי לדאות, ודגים ויצורים ימיים אחרים משתמשים בזרמי המים באוקיינוסים כדי לנדוד.

שימושים בידי האדם

היקף אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ היא כ-3,850 זטה-ג'אול (Zettajoule) בשנה, שהם 3,850,000,000,000,000,000,000,000 ג'אולים.

אנרגיית שמש נמצאת מסביבנו בשפע, בכמויות העולות בהרבה על התצרוכת האנושית, אולם קיים קושי טכנולוגי בהפקה שלה ובאגירה שלה בעיקר בהקשרים של שימוש בה להפקת חשמל או לתחבורה. חסרונותיה הבולטים של אנרגיה זו הם העלות הכלכלית שלה, העלות האנרגטית שלה, אי-סדירות הפקתה כתוצאה מעננות, מחזורי העונות והימים, זמינות שלה במקומות מעוטי שמש והקושי לאגור אותה. נראה שטכנולוגיות בתחומים שונים, והעלות האלטרנטיבית של הפקת אנרגיה ממקורות אחרים - מגדילות מידי שנה את הכדאיות של השימוש באנרגיה סולארית ואת השימוש בפועל באנרגיה סולארית. אם ממשיכים את קווי המגמה בתחום מאות שנים קדימה - יתכן שבשלב כלשהו תתחיל האנושות להפיק אנרגיה סולארית באמצעות כדור דייסון.

שימושים בידי האדם כוללים: ייבוש בדים; חימום (לקבלת מים חמים, חימום מבנים, בישול ואפיה); יצירת חשמל (לוחות פוטו-וולטרים, מנועי חום), בין היתר למקומות נידחים כמו לוויינים, ציוד מרוחק או חוות מבודדות; תחבורה (מכונית סולארית, ספינה סולארית); התפלה של מי ים.

ייבוש ואידוי מים

במדינות רבות משתמשים עדיין בחבלי כביסה או במקלות כביסה ארוכים כדי לייבש את הכביסה בשמש. עם הזמן גם במדינות שטופות שמש כמו קליפורניה או ישראל נכנס השימוש במייבשי כביסה חשמליים.

אידוי ים להפקת מלחים (כמו במפעלי ים המלח) מתבצע גם הוא באמצעות אנרגיית השמש.

חימום

דוד שמש

בארץ נעשה באנרגיה סולרית שימוש רב בהמצאה המקומית של דודי השמש לחימום מים (כ-95% מבתי האב), שחוסכים כ-3-4 אחוז מתצרוכת החשמל. (על פי החוק הישראלי כל בית חדש שנבנה חייב להיות מצויד בקולטי שמש). אבל לא נעשה בו שימוש מסחרי להפקת חשמל.

חימום מבנים

בעונות הקרות על ידי בניה נכונה שמאפשרת חדירת אור וחום למבנה בשעות היום.

חממה

גידול צמחים באקלים שהיה עשוי להיות קר מידי עבורם או האצת גדילה של שתילים.

כבשן סולארי

מרכז אור משטח גדול של מראות כדי להגיע לטמפרטורות גבוהות של עד כ-3,000 צלזיוס. ניתן להשתמש בו להפקת חשמל מטורבינת קיטור, או לשם התכת מתכות, או כל תהליך ייצור אחר שדורש טמפרטורה גבוהה.

איוורור ומיזוג

ארובה סולארית היא מתקן שמנצל את חום שנוצר באמצעות אנרגיית השמש כדי לגרום לזרימת אוויר ממוזג מתוך האדמה אל תוך מבנה.

מתקני קו-גנרציה וטרי-גנרציה הם מתקנים המשתמשים בחום השמש כדי ליצור במתקן אחד חימום, קירור וחשמל. במקום ליצור חשמל ולהשתמש בחשמל זה כדי להפעיל מזגנים, מתקנים אלא משתמשים בהפרשי טמפרטורה הנוצרים באמצעות חום השמש כדי לחמם או לקרר באופן ישיר.

בישול

תנורי שמש

משתמשים באור השמש לאפיה, בישול, ייבוש ופיסטור. תנורי שמש מקטינים את ההוצאות על דלק ואת הביקוש לעץ כחומר גלם למדורות (השימוש של עץ כדלק גדול בהרבה מהשימוש בו לשם ייצור נייר). תנורי שמש גם מקטינים את כמות העשן ובכך משפרים את איכות האוויר המקומית. העיצובים הנפוצים ביותר הם תנורי קופסא, תנורים מרכזים ותנורי פאנלים.

הפקת חשמל

תא פוטו-וולטאי

מתקן המאפשר המרה ישירה של אנרגיית האור מהשמש לחשמל על בסיס האפקט הפוטו אלקטרי. הניצולת של תא כזה היא נמוכה, (כ-15%) ומחירו יקר, בשל טכנולוגית הייצור המורכבת שלו. כיום מתמקדות מספר חברות במזעור התאים הסולאריים לגדלים זעירים ביותר (כ-100 ננומטרים), ולשיטות ייצור מתקדמות המאפשרות הדפסה של התאים על יריעות פלסטיק, דבר שיוזיל את עלות הפקת החשמל בדרך הזו.

אנרגיה תרמו סולארית

המרת קרינת השמש לחום לשם ייצור קיטור, אשר מניע טורבינות שייצרו חשמל. שיטה זו נחשבת למבטיחה ומחיר החשמל בשיטה זו עשוי להגיע למחירו בשיטות הקיימות היום. מספר חברות ישראליות עוסקות בפיתוח תחום זה - ביניהן "אנרטי גלובל", "אורמת", "לוז" וסולל"

מגדל תרמו סולארי, "סולאר 2" בקליפורניה, 2003, בעל תפוקה של 10 מגה-וואט.

מגדל השמש שנבנה במכון ויצמן למדע פועל בשיטה דומה, זהו מגדל המיועד לאסוף קרינת שמש משטח גדול, וזאת בעזרת מספר רב של מראות המרכזות את אור השמש אל קולט שנמצא בראש מגדל. הקולט מחמם אוויר דחוס המניע טורבינה^[2].

המרה תרמו-חשמלית

המרת החום ישירות לאנרגיה חשמלית על ידי שימוש בצמד מתכות. הפרשי חום בין המתכות גורמים להיווצרות זרם חשמלי היוצא מהן, ולהפך, העברת חשמל במתכות עשויה לגרום להתקררות המתכת האחת בעוד השנייה מתחממת. יעילות מערכות אלו קטנה יחסית.

ארובות שרב ומגדלים סולאריים

עיקרו של הרעיון הוא ניצול חום השמש לשם הפקת אנרגיית רוח מלאכותית בתוך מבנה סגור. הרעיון מבוסס על בניית ארובה גבוהה במקום חם, יבש, וקרוב לים, בצורת צינור אנכי, בגובה של כקילומטר וברוחב של כחמש מאות מטרים. מי ים נשאבים לראש המגדל ומרוססים על האוויר החם שמתקרר ונע מטה במהירות של עד כ-80 קמ"ש, ומניע טורבינות לייצור חשמל, כאשר הוא יוצא דרך פתחים מיוחדים שבבסיס המגדל. השיטה תאפשר גם התפלה של מים כתוצר לוואי של התהליך. חסרונות שיטה זו הן: מחירה, חוסר המודולריות שלה, ההעדר ניסיון בפועל עם מבנים בסדר גודל דומה^[3].

השיטה מבוססת על רעיון של מהנדס גרמני בשם שלייך ברגרמן, לבניית מגדל סולארי. מגדל זה דומה בעקרון פעולתו לארובות השרב, אלא שבו האוויר זורם בכיוון הפוך. יתרונו נעוץ בכך, שאין בו תלות במים ומחירו נמוך בהרבה ממחיר ארובות השרב הישראלי. ברגרמן בנה בעבר מגדל דומה בגובה 200 מטר, בתחנת כוח בספרד ב-1982. באוסטרליה חברת אינורומישין^[4] יוזמת הקמה של מגדל סולארי, בגובה של קילומטר. למגדל יהיה סמוך לקרקע בסיס זכוכית ברוחב של 7 קילומטרים. בסיס זה יקלוט את חום השמש, והאוויר שבו יחומם כתוצאה מכך ל-70 מעלות ויזרום ב-32 טורבינות לראש המגדל, שבו הטמפרטורה תעמוד רק על 20 מעלות. מגדל זה יוכל לספק תפוקת חשמל של 200,000 בתי אב. עלותו מוערכת ב-56 מיליוני דולרים.

התפלת מי ים

פרק זה לוקה בחסר. אנא תרמו לאקו-ויקי והשלימו אותו.

תחבורה

פרק זה לוקה בחסר. אנא תרמו לאקו-ויקי והשלימו אותו.

כימיקל סולארי

פרק זה לוקה בחסר. אנא תרמו לאקו-ויקי והשלימו אותו.

תאורת אור יום

ערך מורחב – תאורת אור יום

אור שמש משמש לתאורה של מבנים סגורים. הצורה הנפוצה ביותר להשגת תאורה זו היא באמצעות שימוש בחלונות. כיום יש מספר שיטות נוספות להשגת תאורה וביניהן צינור תאורה אשר מעביר תאורה מהגג אל תוך המבנה לשם חסכון בתאורה בשעות היום, וכן שימוש בכבלים אופטיים שמעבירים אור שמש לחדרים פנימיים יותר שאליהם אור השמש אינו מגיע.

זמינות אנרגיית שמש

מפה של משאבי השמש העולמיים. הצבעים מצביעים על האנרגיה הזמינה באופן ממוצע בגובה פני השטח (מדידות בין 1991-1993). לשם השוואה הדיסקים השחורים מסמלים את שטח האדמה שנדרש כדי לספק את כלל צריכת האנרגיה הראשונית באמצעות לוחות פוטוולטרים בהנחת יעילות המרה של 8%.

יש שפע של אנרגיה שמקורה מהשמש בכדור הארץ. המאגרים והזרמים של אנרגיה בפלנטה הם גדולים מאוד יחסית לצרכים האנושיים הנוכחיים. עם זאת קיים קושי רב לתרגם את האנרגיה הזאת לאנרגיה שימושית, בין היתר בגלל שתרגום כזה דורש בעצמו השקעה של אנרגיה (ראו החזר אנרגיה על השקעת אנרגיה).

בשנת 2004, הצריכה האנושית של אנרגיה היתה 15 טרהוואט (10 בחזקת 12), פוטוסינתזה השתמשה ב-75 טרהווט, לעומת 174 פטהוואט (10 בחזקת 15) של אור שמש שהגיע לכדור הארץ.

• כמות האנרגיה שנכנסת לכדור הארץ במשך דקה גדולה מכמות האנרגיה בה משתמשת האוכלוסייה האנושית במשך שנה.
• האוקיינוסים הטרופיים בולעים 560 טריליון ג'יגה גאולס (GJ) של אנרגיה סולארית בכל שנה, גודל הגדול פי 1,600 מצריכת אנרגיה האנושית השנתית.
• האנרגיה שאצורה ברוח שנושבת מעל ארצות הברית בכל שנה יכולה להניב 16 מיליארד GJ חשמל - יותר מפי 1.5 מכמות החשמל שארצות הברית צרכה בשנת 2000.
• כמות הפוטוסינתזה השנתית אקוולנטית ל-50 מיליארד GJ, דבר המקביל ל-צריכה שנתית של 60% מהדלקים המחצביים.

בממוצע, צמחים מצליחים לתפוס 0.1% מאנרגיית השמש שמגיעה לכדור הארץ. שטח האדמה של 48 המדינות הדרומית בארצות הברית מקבל אנרגיית אור שמש בגודל 50 מיליארד GJ בשנה, פי 500 מהשימוש השנתי באנרגיה.

ההספק המיטבי המירבי של קרינת שמש בצהרי יום בקו המשווה בכדור הארץ הוא 1000 וואט למטר רבוע (שטח של קולט כלשהו שמופנה לשמש). כדי לחשב את ההספק המירבי במקום אחר יש להתחשב ב-3 גורמים שמקטינים את ההספק הזה - המרחק במעלות מקו המשווה (ככל שמתרחקים מקו המשווה, כן קטן השטח של שטף האור שמגיע לכל יחידת שטח), כמות שעות האור (משתנה עם העונה ועם קו הרוחב), ועוצמת הקרינה בכל שעה (עוצמת הקרינה נמוכה יותר בשעות לפני או אחרי צהרי היום) וכן כיסוי על ידי עננים. [5]

מתוך הספק מירבי זה, ניתן לנצל רק חלק קטן להפקת חשמל. יעילות הפקת חשמל מאנרגיה זו עומדת על 10% עד 15% בטכנולוגיות המסחריות הקיימות. במערכות עתידיות יעילות זו עשויה להגיע לכ-30%.

סיווג של טכנולוגיות סולאריות

ישירה או עקיפה

• שימוש ישיר באנרגיית שמש הוא בטכנולוגיות שמקובל לכנותן סולאריות.
• שימוש עקיף מתבצע בצורות רבות אחרות של הפקת אנרגיה: אנרגיית רוח, אנרגיה הידרואלקטרית, ואנרגיה שמקורה בדלקי מחצבים - כולן מנצלות את אנרגיית השמש בעקיפין.

פסיבית או אקטיבית

הבחנה זו מבוצעת בהקשר של בניית מבנים ושל הנדסת בניית שירותים.

מערכות סולאריות פסיביות משתמשות בקליטה, המרה והפצה של אור שמש לצורות שימושיות של חימום, תאורה או איוורור. טכניקות אלה כוללות בחירת חומרים עם תכונות תרמיות רצויות, תכנון של חללים שגורמים לסירקולציה טבעית של האוויר והתייחסות לכיוון המבנה מול השמש.

• מערכות פסיביות לחימום מים סולארי משתמשות בתרמוסיפון לסירקולציה של הנוזל.
• קיר Trombe מסחרר את האוויר על ידי סחרור טבעי ופועל כמסה תרמית שקולטת חום בזמן היום ופולטת חום במשך הלילה.
• חלונות Clerestory, ארובות אור, וכו'.
• מערכות סולאריות להתפלת מים עשוית להשתמש בפעולה קפילרית כדי לשאוב מים.

מערכות סולאריות אקטיביות משתמשות ברכיבים מכאניים ואלקטרוניים כמו פאנלים פוטו-וולטרים, משאבות או מאווררים כדי להפוך את אור השמש לתוצרים שימושיים.

מרוכזת או לא מרוכזת

מערכות של כוח שמש מרוכז (CSP) משתמשות בעדשות או במראות ובמערכות עקיבה כדי למקד אזור גדול של אור שמש לאזור קטן יותר - דבר שמאפשר יצירה של חום גבוה וכתוצאה מכך יעילות תרמודינמית גבוהה. ריכוז של אור שמש משוייך בדרך כלל עם יישומים של חום סולארי אבל קיימים גם לוחות פוטו-וולטרים מרוכזים (CPV).

פריסה

ייצור חשמל בעולם מאנרגיית שמש
שנה	אנרגיה (טרה-וואט-שעה)	אחוז מכלל הייצור
2004	2.6	0.01%
2005	3.7	0.02%
2006	5.0	0.03%
2007	6.8	0.03%
2008	11.4	0.06%
2009	19.3	0.10%
2010	31.4	0.15%
2011	60.6	0.27%
2012	96.7	0.43%
2013	134.5	0.58%
2014	185.9	0.79%
2015	253.0	1.05%
Source: BP-Statistical Review of World Energy, 2016

החל משנות ה-1990 החל תהליך מתגבר של התקנת עוד ועוד מערכות סולאריות - הן מערכות המותקנות על גגות בנייני-דיור ומבנים מסחריים והן תחנות סולאריות מסחריות. תהליך האצה זה התקיים בגלל קשיי הפקה של נפט וגז טבעי (שיא תפוקת הנפט, שיא תפוקת הגז), חששות מפני התחממות עולמית וירידה במחירי הלוחות הסולאריים ביחס לטכנולוגיות אנרגיה אחרות. בתחילת שנות ה-2000 האימוץ מדיניות לתעריפי הזנה לרשת החשמל, שהעניק למשאבים מתחדשים מחיר טוב יותר ומחיר קבוע שמאפשר החזר בטוח של ההשקעה הוביל להגדלה ניכרת בהתקנת לוחות סולאריים באירופה.

בשנים האחרונות יש עליה ניכרת בכמות החשמל שנוצרת משימוש באנרגיה סולארית. נכון לשנת 2015 חשמל זה מייצג רק 1% מסך צריכת החשמל המיוצר (שבעצמו אינו מייצג את כלל צריכת האנרגיה העולמית). עם זאת הדבר גם מייצג עליה מהירה מאוד בכמות החשמל הסולארי - בתוך עשור אחד בלבד כמות החשמל הסולארי גדלה פי 100 הן במונחים מוחלטים והן ביחס לאחוז החשמל המסופק לאוכלוסיית העולם.

במשך מספר שנים עיקר הגידול העולמי בהתקנת פאנלים סולאריים התרחש באירופה, אבל מאז הגידול העיקרי עבר לאסיה ובמיוחד לסין וליפאן, וכן למספר גדל של מדינות ברחבי העולם כולל אוסטרליה, קנדה, צ'ילה, הודו, ישראל, מקסיקו, דרום אפריקה, דרום קוריאה, תאילנד, וארצות הברית.

מאז שנת 2000 התקנת פאנלים סולאריים גדלה ב-40% בממוצע בכל שנה, והכמות הכוללת שהותקנה הגיעה ל-139 ג'יגה-וואט נכון לסוף 2013. גרמניה הייתה המדינה שהתקינה הכי הרבה במצטבר (35.7 GW) ואיטליה המדינה שיש בה הכי הרבה ייצור של חשמל מלוחות PV - בשיעור של 7%. היצרנים הגדולים של לוחות PV נמצאים בסין.

יתרונות וחסרונות

יתרונות רבים של האנרגיה הסולארית דומות ליתרונות של אנרגיה מתחדשת באופן כללי - היא אינה מתכלה וצפויה להיות זמינה עוד מיליוני שנים, הרבה מעבר לזמן הכילוי הצפוי של דלקים מחצביים רבים. היא גם אינה דורשת כרייה של דלקים מתכלים (אם כי נדרשת כרייה של מינרלים שונים להפקת הלוחות). יתרונות משמעותיים נוספים של אנרגיה מתחדשת הוא פליטה נמוכה הרבה יותר של גזי חממה (אלו נפלטים בזמן הכנת הלוחות) ופליטה נמוכה בהרבה של זיהום אוויר. בהקשרים של הפחתת זיהום היתרון הוא משמעותי במיוחד ביחס להפקת חשמל מפחם שהוא החלופה הפופולרית ביותר במדינת ישראל ואחד מסוגי המזהמים המסוכנים. הפחתת פליטות גזי חממה חשובה גם ביחס לגז טבעי.

לאנרגיה סולארית יתרונות בהשוואה מול סוגי אנרגיה מתחדשת אחרים כמו רוח - היא דורשת פחות חלקים נעים (לעיתים קרובות בכלל לא) ולכן קלה יותר לתחזוקה. כמוכן ניתן להפיק אנרגיה סולארית גם במדינות שבהן אין הרבה רוח כמו ישראל. יתרון חשוב של אנרגיה סולארית הוא שניתן להתקין אותה בצורה מבוזרת וקרוב לצרכנים - על גגות בתים ומבנים - דבר שמקצר בעיות ההולכה וחלוקה. מצד שני דבר זה גם עלול לייצר בעיות ועומסים על רשת החשמל - שכן מוקדי הייצור של החשמל (לדוגמה במגזר החקלאי) לא תמיד זהים למוקדי הצריכה של החשמל (באמצע היום - בדרך כלל במקומות תעסוקה ובבתי ספר). הביזור של האנרגיה מאפשר הכנסת תחרות לסקטור הייצור של החשמל (אך לא להיבטים אחרים כמו הולכה והפצה שהם מונופול טבעי).

בשנים האחרונות יש ירידה משמעותית במחירי של פאנלים סולאריים, כך שבחלק מהמדינות, בשעות השיא (באמצע היום בקיץ) מחיר החשמל הסולארי נמוך יותר לעומת חשמל ממקורות מתכלים לרבות פחם וגז טבעי. עלות החשמל במכרז הסולארי בשנת 2019 בישראל ירדה מתחת ל–15 אגורות לקוט"ש, לעומת עלות של 27 אגורות עבור ייצור חשמל בגז טבעי.

חסרון מרכזי של אנרגיה סולארית הוא שהיא לא זמינה בלילה וגם לא בימים מעוננים. דבר זה מחייב פתרונות של אגירת אנרגיה. חסרונות נוספים קשורים לשטח הרב שהיא גוזלת. במדינות קרובות למדבר כמו ישראל יש זיהום חלקיקי מאבק מדברי וכן עקב פליטות של מכוניות ומפעלים והדבר מצריך ניקוי תקופתי של הפאנלים. כמו כן לפאנלים סולאריים יש אורך חיים מוגבל של כ-20 שנה. קיימים פתרונות לחלק מהאתגרים. לדוגמה הקמת פאנלים סולאריים על גגות בתים מנצלת שטח שהוא ממילה לרוב ללא שימוש (עם כי הוא מתחרה עם גגות ירוקים) היבט נוסף הוא התקנת שדות סולאריים צפים בבריכות דגים.

חסרון מובנה של אנרגיה סולארית היא שהיא זמינה בעיקר בסמוך לקו המשווה, ככל שמתקרבים לקטבים כך אנרגיה זו פחות מועילה בגלל שטף אנרגיה נמוך יותר ליחידת שטח (וכן יותר עננות). מדינות רבות מנסות לשלב בין אנרגיה סולארית (בעיקר בקיץ ביום) לבין אנרגיית רוח (בעיקר בחורף וגם בלילה) כדי לקבל תמהיל אנרגיה מתחדשת משמעותי יותר.

אגירה

יש צורך לשמור את האנרגיה שהופקה בשעות האור לשימוש בשעות החשכה או בימים מעוננים. הרשימה הבאה מכילה טכנולוגיות קיימות ועתידיות לאגירת אנרגיה:

• שימוש בסוללות מסורתיות
• מסה תרמית
• שאיבה להידרו-אלקטריקה
• בטריות זרם
• מלח מותך
• נוזל קריאורגני מאוויר או חנקן
• אוויר דחוס
• אגירת אנרגיה באמצעות גלגל תנופה
• ייצור מימן באמצעות חשמל
• צובר הידראולי
• אחסון אנרגיה על ידי מוליך על מגנטי
• כלכלת נפט מצמחים

אגירת אנרגיה כרוכה תמיד בשלבים נוספים של המרת אנרגיה, דבר שמוביל לאובדן אנרגיה, והגדלה של עלויות לקניית ציוד קפיטלי ושל תחזוקה. דרך אחת להתמודד עם דבר זה היא לייצא כוח עודף לרשת החשמל ולייבא חשמל בשעת הצורך, בהנחה שמקורות נוספים מייצרים חשמל במשך הלילה.

עלויות ייצור החשמל תלויות בצריכת החשמל במשך היום, שכן לרוב בונים תחנות כך שיספקו חשמל גם כשיש שיא בביקוש לחשמל ולא רק לצריכה הממוצעת של חשמל. כאשר הצריכה המיוצרת לא מספיקה מפעילים לפעמים גנרטורים מיוחדים ויקרים הפועלים על גז לספק את ההפרש. זמני ההפקה של אנרגיית שמש מתאימים לשעות השיא בביקוש בעיקר בקיץ כאשר יש שיא עקב הפעלת מזגנים בשעות הצהריים, ופחות מתאימים לעונות החורף בהן יש שיא בשעות הערב המוקדמות בהן משתמשים בחימום, בישול תאורה ובידור. ניתן לבצע הזזה של עומס הנובע מחימום בחורף על ידי שימוש בחשמל בשעות האור כדי לאגור חום תרמי בחומרים גולמיים כמו סלע, מים, או חומרים המשנים פאזה בחום כמו מלח גלבר או שעווה. אנרגיית רוח משלימה אנרגיה סולארית היות ופעמים רבות היא חזקה יותר בשעות הלילה ומעברי היום-לילה, אבל דבר זה תלוי כמובן בעונות השנה ובמשתנים מקומיים.

אנרגיה סולארית בישראל

אנרגיה סולארית בישראל היא חלק חשוב מכלל האנרגיה המתחדשת בישראל נכון לשנת 2013 מדובר באחוזים בודדים ממשק האנרגיה בישראל.

בישראל קיים פיתוח ומחקר רב של אנרגיה סולארית מזה עשרות שנים, אבל היישום של אנרגיה סולארית מוגבל למדי. רוב השימוש באנרגיה סולארית בישראל הוא לצורכי דודי שמש. וכן לשם ייבוש כביסה בתלייה על חבלים במקום שימוש במייבש כביסה. כמו כן יש שימוש בתאורה באור טבעי. היבטים נוספים של שימוש באנרגיית שמש הם לצורכי אידוי מים לשם הפקת אשלג בים המלח.

בשנים האחרונות יש גידול בהתקנת מערכות מערכות פוטו-וולטאיות, בעיקר במגזר החקלאי, וכן התקנת תחנות מספר כוח סולארית.

על פי החלטת ממשלת ישראל יש יעד להפקת 5% מהחשמל בישראל עד שנת 2014. נכון לשנת 2013 אנרגיה מתחדשת בישראל מייצרת רק 1.2% מהחשמל בישראל. באזור אילת צפויים להפיק 55 מגהוואט מאנרגיות מתחדשות, שהם כמעט 50% מצריכת החשמל המקומית שעומדת על 120-130 מגה-וואט. זאת תודות לפעילותה של החברה לאנרגיה מתחדשת אילת-אילות הפועלת באזור וכן ליוזמות מסחריות מקומיות. הייצור באילת צפוי לעלות ל-120 מגה-וואט עד שנת 2015. [6]. על פי עבודה של הפורום הישראלי לאנרגיה, ניתן להשתמש באנרגיית רוח ובאנרגיה סולארית כדי לספק חלק ניכר מהספקת החשמל של ישראל, עם שילוב של טכנולוגיות לחסכון אנרגטי, בעלויות כלכליות דומות לאלו של התקנות מערכות מבוססות דלק מחצבי.

קישורים חיצוניים

• אנרגיה סולארית בוויקיפדיה האנגלית
• Solar Energy Technologies program באתר סוכנות eere
• כל האמת על יצור חשמל מקרינת השמש הקואופרטיב לאנרגיות מתחדשות
• פרק אנרגיה סולארית בספר אנרגיה בת קיימא - ללא האוויר החם
• פורטל סולאר לאנרגיה סולארית
• אנרגיה סולארית יצירת חשמל סולארי
• עולם מבוסס על אנרגיה בת קיימא? הרצאה של פרופ' דוד כהן, מכון ויצמן
• Solar has won. Even if coal were free to burn, power stations couldn't compete על היחס בין עלויות של גגות סולאריים ועלויות העברת החשמל שהופק בפחם באוסטרליה, Giles Parkinson , הגרדיאן, 7 July 2014
• אם יש לך שמש: הייצור התייעל ואנרגיה סולארית תהיה זולה מפחם עד 2025, כלכליסט, 3.1.2017
• רויטרס, המדינה שתחייב להתקין פאנלים סולארים על כל בית חדש, וואינט, 12.5.2018