שינויים

[[תמונה:Gleisdorf.Solarbaum.jpg|left|thumb|250px|"עץ סולארי", בעיירה גליסדורף, אוסטריה.]]

[[תמונה:Gleisdorf.Solarbaum.jpg|left|thumb|250px|"עץ סולארי", בעיירה גליסדורף, אוסטריה.]]

'''תא פוטו-וולטאי''' או '''תא סולארי''' ('''solar cell''' או '''photovoltaic cell''') הוא התקן שממיר קרינה אלקטרומגנטית ל[[אנרגיה]] חשמלית. זו שיטה בסיסית להפקת חשמל מ[[אנרגיה סולארית]], כאשר השיטה השניה היא [[אנרגיה תרמו סולארית]]. לפעמים מבחינים בין תא סולארי שנועד לתפוס אור שמש, בעוד שתא פוטו-וולטאי משמש להמרת אור כלשהו.  

'''תא פוטו-וולטאי''' או '''תא סולארי''' (באנגלית: '''Solar cell''' או '''Photovoltaic cell''') הוא התקן שממיר קרינה אלקטרומגנטית ל[[אנרגיה]] חשמלית. זו שיטה בסיסית להפקת חשמל מ[[אנרגיה סולארית]], כאשר השיטה השנייה היא [[אנרגיה תרמו-סולארית]]. לפעמים מבחינים בין תא סולארי שנועד לתפוס אור שמש, בעוד שתא פוטו-וולטאי משמש להמרת אור כלשהו.  

באופן בסיסי, ההתקן צריך למלא שתי פונקציות בלבד: פוטוגנרציה של נשאי מטען (אלקטרונים ו"חורים") בחומר בולע אור, והפרדה של נשאי המטען לחומר מוליך שישא את זרם החשמל. המרה זו נקראת האפקט הפוטו-וולטאי, ושדה המחקר שקשור לתאים סולאריים נקראה פוטוולטיקה (photovoltaics).

באופן בסיסי, ההתקן צריך למלא שתי פונקציות בלבד: פוטוגנרציה של נשאי מטען (אלקטרונים ו"חורים") בחומר בולע אור, והפרדה של נשאי המטען לחומר מוליך שישא את זרם החשמל. המרה זו נקראת האפקט הפוטו-וולטאי, ושדה המחקר שקשור לתאים סולאריים נקראה פוטוולטיקה (Photovoltaics).

==מבנה התא הפוטו וולטאי==

==מבנה התא הפוטו וולטאי==

ניתן להשתמש בתהליך זה כאשר מחברים למוליך מכשיר חשמלי כלשהו.

ניתן להשתמש בתהליך זה כאשר מחברים למוליך מכשיר חשמלי כלשהו.

==גורמי יעילות בתא פוטו וולטאי==

==גורמי יעילות בתא פוטו-וולטאי==

===Maximum-power point===

===Maximum-power point===

===יעילות המרת אנרגיה===

===יעילות המרת אנרגיה===

'''יעילות המרת אנרגיה''' (energy conversion efficiency) של תא סולארי, (<math>\eta </math>, "אתה"), היא אחוז הכוח שמומר (מאור נקלט לאנרגיה חשמלית) ונאסף כאשר התא הסולארי מקושר למעגל חשמלי. מחשבים מונח זה על ידי היחס של Pm מחולק בכמות הנכנסת של קרינת האור ליחידת שטח (irradiance) בתנאי מבחן "סטנדרטיים" ('''E''', ביחידות W/m²) ושטח הפנים של תא סולארי ('''Ac''' ביחידות m²). ובמשוואה:

'''יעילות המרת אנרגיה''' (Energy conversion efficiency) של תא סולארי, (<math>\eta </math>, "אתה"), היא אחוז הכוח שמומר (מאור נקלט לאנרגיה חשמלית) ונאסף כאשר התא הסולארי מקושר למעגל חשמלי. מחשבים מונח זה על ידי היחס של Pm מחולק בכמות הנכנסת של קרינת האור ליחידת שטח (Irradiance) בתנאי מבחן "סטנדרטיים" ('''E''', ביחידות W/m²) ושטח הפנים של תא סולארי ('''Ac''' ביחידות m²). ובמשוואה:

:<math>\eta = \frac{P_{m}}{E \times A_c}</math>

:<math>\eta = \frac{P_{m}}{E \times A_c}</math>

בצהריים השמשיים ביום בהיר בו השמש נמצאת בזנית, קרינת השמש בקו המשווה עומדת על כ-1000 W/m². לכן הקרינה השמשית ה "סטנדרטית" היא בעלת צפיפות כוח של 1000 וואטים למטר מרובע. כך שתא סולארי בעל יעילות המרה של 12% בעל שטח של 1 מטר רבוע יפיק ביום כזה בקו המשווה כ-120 וואט של כוח שיא.

בצהריים השמשיים ביום בהיר בו השמש נמצאת בזנית, קרינת השמש בקו המשווה עומדת על כ-1,000 W/m². לכן הקרינה השמשית ה "סטנדרטית" היא בעלת צפיפות כוח של 1,000 וואטים למטר מרובע. כך שתא סולארי בעל יעילות המרה של 12% בעל שטח של 1 מטר רבוע יפיק ביום כזה בקו המשווה כ-120 וואט של כוח שיא.

===Fill factor===

===Fill factor===

===יעילות קוואנטית===

===יעילות קוואנטית===

יעילות קוואנטית מתייחסת לאחוז הפוטונים שמייצרים זוגות של חור-אלקטרון (או נשעי מטען). זהו מונח שהינו אינרטי לחומר הקולט ולא לתא כולו (דבר שהינו רלוונטי יותר לתאים סולאריים דקים thin-film). אין לבלבל בין מונח זה לבין יעילות המרת אנרגיה, היות ודבר זה לא נותן מידע לגבי הכוח שנאסף על ידי תא השמש.

יעילות קוואנטית מתייחסת לאחוז הפוטונים שמייצרים זוגות של חור-אלקטרון (או נשאי מטען). זהו מונח שהינו אינרטי לחומר הקולט ולא לתא כולו (דבר שהינו רלוונטי יותר לתאים סולאריים דקים (Thin-film). אין לבלבל בין מונח זה לבין יעילות המרת אנרגיה, היות ודבר זה לא נותן מידע לגבי הכוח שנאסף על ידי תא השמש.

==השוואת יעילות המרת אנרגיה==

==השוואת יעילות המרת אנרגיה==

התרשים מצד שמאל מציגה את היעילות המרת האנרגיה של מודולים מסחריים בעלי שטח גדול ואת היעילויות הטובות ביותר של מעבדות עבור חומרים וטכנולוגיות שונות.

התרשים מצד שמאל מציגה את היעילות המרת האנרגיה של מודולים מסחריים בעלי שטח גדול ואת היעילויות הטובות ביותר של מעבדות עבור חומרים וטכנולוגיות שונות.

[[תמונה:Nrel best research pv cell efficiencies.png|left|thumb|300px|תאור על פני זמן של יעילות המרת אנרגיה לטכנולוגיות שונות (מקור - National Renewable Energy Laboratory ארצות הברית)]]

[[תמונה:Nrel best research pv cell efficiencies.png|left|thumb|300px|תיאור על פני זמן של יעילות המרת אנרגיה לטכנולוגיות שונות (מקור - National Renewable Energy Laboratory ארצות הברית)]]

יעילות המרת אנרגיה של תאים סולאריים עבור תאים שנמכרים בצורה מסחרית, ''multicrystalline Si'' הינה בסביבות 14%-16%. התאים היעילים ביותר הם לא תמיד הכלכליים ביותר - לדוגמה אם נשווה בין תא רב-צמתי בעל יעילות אנרגטית של 30% המבוסס על חומרים אקזוטיים כמו גאליום ארסנייד או אינדיון סלנייד ומיוצר בכמויות קטנות, לבין תא אמורפוס סיליקון בעל יעילות של 8% המיוצר בייצור המוני. התא היעיל יותר מספק הספק חשמלי בכמות גדולה פי 4 מאשר התא הלא יעיל, אבל הוא עלול לעלות פי 100 יחסית לתא הלא יעיל.  

יעילות המרת אנרגיה של תאים סולאריים עבור תאים שנמכרים בצורה מסחרית, ''multicrystalline Si'' הינה בסביבות 14%-16%. התאים היעילים ביותר הם לא תמיד הכלכליים ביותר - לדוגמה אם נשווה בין תא רב-צמתי בעל יעילות אנרגטית של 30% המבוסס על חומרים אקזוטיים כמו גאליום ארסנייד או אינדיון סלנייד ומיוצר בכמויות קטנות, לבין תא אמורפוס סיליקון בעל יעילות של 8% המיוצר בייצור המוני. התא היעיל יותר מספק הספק חשמלי בכמות גדולה פי 4 מאשר התא הלא יעיל, אבל הוא עלול לעלות פי 100 יחסית לתא הלא יעיל.  

===עלות כלכלית===

===עלות כלכלית===

שיטה נפוצה כדי לתאר העלויות הכלכליות של מערכות המייצרות חשמל היא לחשב את המחיר ל[[קילו-וואט-שעה]] (קוט"ש kWh.) יעילות התא הסולארי יחד עם כמות קרינת השמש המצויה היא בעלת השפעה חזקה על העלויות, אבל באופן כללי יותר חשובה היעילות הכוללת של המערכת. שימוש בטכנולוגיה של תאים סולאריים ומערכות שמצויות באופן מסחרי בשוק (נכון ל-2006) מובילה ליעילות המרת אנרגיה שבין 5% ל-19%.  

שיטה נפוצה כדי לתאר העלויות הכלכליות של מערכות המייצרות חשמל היא לחשב את המחיר ל[[קילו-וואט-שעה]] (קוט"ש - kWh) יעילות התא הסולארי יחד עם כמות קרינת השמש המצויה היא בעלת השפעה חזקה על העלויות, אבל באופן כללי יותר חשובה היעילות הכוללת של המערכת. שימוש בטכנולוגיה של תאים סולאריים ומערכות שמצויות באופן מסחרי בשוק (נכון ל-2006) מובילה ליעילות המרת אנרגיה שבין 5% ל-19%.  

גורמים שמשפיעים על עלות ייצור החשמל של מערכות PV כוללים את כמות השמש באיזור (עוצמת הקרינה למטר לאורך השנה, וכמות ימים מעוננים בשנה), הטכנולוגיה בה משתמשים וגילה (היעילות של מערכות PV יורדת עם הזמן), רמת התחזוקה של המערכת (האם מנקים אותה מאבק), וכן גודל המערכת - מערכות גדולות יותר נחשבות לזולות יותר לקוט"ש בגלל השקעה נמוכה יותר בציוד קבוע ובתחזוקה.  

גורמים שמשפיעים על עלות ייצור החשמל של מערכות PV כוללים את כמות השמש באיזור (עוצמת הקרינה למטר לאורך השנה, וכמות ימים מעוננים בשנה), הטכנולוגיה בה משתמשים וגילה (היעילות של מערכות PV יורדת עם הזמן), רמת התחזוקה של המערכת (האם מנקים אותה מאבק), וכן גודל המערכת - מערכות גדולות יותר נחשבות לזולות יותר לקוט"ש בגלל השקעה נמוכה יותר בציוד קבוע ובתחזוקה.  

חישובי עלויות לקוט"ש ישתנו על פי הערכות של מספר השנים בהן המערכת תמשיך להיות פעילה. רוב הפנלים מ-c-Si הם בעלי אחריות ל-25 שנה, וצפויים לפעול באופן מועיל כ-35+ שנים.  

חישובי עלויות לקוט"ש ישתנו על פי הערכות של מספר השנים בהן המערכת תמשיך להיות פעילה. רוב הפנלים מ-c-Si הם בעלי אחריות ל-25 שנה, וצפויים לפעול באופן מועיל כ-35+ שנים.  

* מערכות תעשייתיות (500 קילו-ואט הספק) - עלות התקנה של 1,882,101$. עלות מוערכת של 15 סנט לקוט"ש במקום שמשי, ו-33 סנט לקוט"ש במקום מעונן.

* מערכות תעשייתיות (500 קילו-ואט הספק) - עלות התקנה של 1,882,101$. עלות מוערכת של 15 סנט לקוט"ש במקום שמשי, ו-33 סנט לקוט"ש במקום מעונן.

מחישוב זה ניתן להסיק שלתאי PV יש [[יתרון לגודל]] משמעותי - שכן מערכות גדולות של 500 קיל-ואט הגדולות ממערכות ביתיות של 2 קילו-ואט פי 25, מצליחות להגיע לעלות נמוכה בחצי בהשוואה למערכות הקטנות (15 סנט לקוט"ש לעומת 29 סנט לקוט"ש במקומות שמשיים). עם זאת, במדינה כולה היתרון פחות משמעותי שכן על המדינה לדאוג לרוב גם לאמצעי [[אגירת אנרגיה]] ודבר זה יתגבר ככל שתהיה הסתמכות גדולה יותר על אנרגיית שמש.

מחישוב זה ניתן להסיק שלתאי PV יש [[יתרון לגודל]] משמעותי - שכן מערכות גדולות של 500 קילו-ואט הגדולות ממערכות ביתיות של 2 קילו-ואט פי 25, מצליחות להגיע לעלות נמוכה בחצי בהשוואה למערכות הקטנות (15 סנט לקוט"ש לעומת 29 סנט לקוט"ש במקומות שמשיים). עם זאת, במדינה כולה היתרון פחות משמעותי שכן על המדינה לדאוג לרוב גם לאמצעי [[אגירת אנרגיה]] ודבר זה יתגבר ככל שתהיה הסתמכות גדולה יותר על אנרגיית שמש.

==דורות פיתוח==

==דורות פיתוח==