1. מהו המבנה עקרוני של מערכת פוטו וולטאית? מערכת סולארית מורכבת מארבעה חלקים עיקריים:
פנלים סולאריים – הם אותם מודולים המותקנים על הגג. מודולים אלה קולטים את אנרגית השמש וממירים אותה לאנרגיה חשמלית. קונסטרוקציה – מתקנים ממתכת המורכבים על הגג ועליהם מותקנים הפנלים הסולאריים.מתקינה קונסטרוקציה המורכבת מאלומיניום ונירוסטה בלבד.
ממיר – הוא הרכיב שתפקידו להמיר את החשמל המתקבל מהפנלים הסולאריים (זרם ישר) לזרם המתאים לרשת החשמל הארצית (זרם חילופין).
מונה ייצור – תפקידו למדוד את כמות החשמל שהמערכת ייצרה. על פי הקריאה המתקבלת במכשיר מחושב סכום הכסף המגיע לבעל המערכת מחברת החשמל.
מהו עקרון הפעולה של התא הפוטו וולטאי?
המילה פוטו וולטאי מורכבת משתי מילים: פוטו - אור, וולטאי – חשמל.
קרא עוד על: "תא סולארי" » התא הפוטו וולטאי ממיר המרה פיזיקלית של פוטונים הנקלטים מאנרגית השמש לאנרגיה חשמלית.
ההמרה מתבצעת בשלושה שלבים:
בליעה של הקרינה במוליך למחצה.
יצירת זוגות של נושאי מטען חיוביים ונושאי מטען שליליים והפרדה ביניהם לאזורים שונים של התא.
מעבר המטענים המופרדים דרך מגעים חשמליים כנגד עומס.
עקרון הפעולה של תא פוטו וולטאי הוא לרוב שתי שכבות של סיליקון גבישי (צורן). מודגש כי הסיליקון הוא יסוד הנמצא בשפע בטבע ואף ניתן לייצרו באופן מלאכותי, לפיכך השימוש בו אינו גורם לנזק סביבתי.
על כל שכבת סיליקון יש תוספת של יסוד נוסף בדר"כ בורון מצד אחד וארסן מהצד השני. באופן כזה נוצרת מעין "פרוסה" כשבתווך הסיליקון. שני צידי "הפרוסה" מקושרים יחדיו בעזרת חיווט היוצר מעגל חשמלי.
בשכבה העליונה של פרוסת הסיליקון יש עקבות של ארסן ובתחתונה של בורון.
לאטום הצורן ארבעה אלקטרונים ברמה החיצונית והוא יוצר קוולנטים עם ארבעה אטומי צורן אחרים. לארסן חמישה אלקטרונים ברמה החיצונית ולכן יש אלקטרון עודף בשכבה העליונה. אלקטרון זה אינו משתתף במבנה של הצורן ומכאן שכבה זו מוגדרת כשלילית למחצה.
לבורון יש שלושה אלקטרונים בשכבה החיצונית ולכן נוצרים "חורים" בשכבת הצורן החיצונית ושכבה זו מוגדרת כחיובית למחצה.
מכאן האופן שבו נקשרים הבורון והארסן אל הסיליקון יוצר מצב של חוסר יציבות אלקטרונים, מכיוון שנוצר עודף אלקטרונים בצד אחד וחוסר בצד השני. לכן אטומי הארסן שואפים להגיע אל "החורים" שבשכבת הבורון.
כאשר השמש מאירה, גלים אלקטרו מגנטיים פוגעים בתא הסיליקון. הגלים מביניהם שהם באורך הגל המתאים, נקלטים בתא בצידו העליון בו יש עודף אלקטרון (צד ה- N) כתוצאה מכך האלקטרונים המיותרים שבשכבת הסיליקון משתחררים ממשיכת הגרעין, הופכים חופשיים וזורמים באמצעות החיווט שבתא אל השכבה בה קיים חוסר של אלקטרונים. זרימה זו יוצרת מצב של יונים חיוביים של ארסן בשכבה העליונה ויונים שליליים של בורון בשכבה התחתונה. כתוצאה מכך נוצרת משיכה בין היונים אשר גורמת למסירה של אלקטרונים מהשכבה העליונה של התא לתחתונה.
מעגל חשמלי זה ימשיך ויזרום כל עוד השמש מאירה וגלים אלקטרו מגנטיים באורכי גל מתאימים יפגעו בשכבה העליונה של התא הפוטו וולטאי.
הדמית המעגל החשמלי של התא:
לצורך ההסבר המופשט, הדבר דומה לזרימת המים במפל מחלקו הגבוה לחלקו הנמוך. כך שמים המגיעים לחלקו העליון של המפל זורמים אל חלקו התחתון בשל הפרשי הגובה.
מהתא הפוטו וולטאי מתקבל זרם ישר DC. בכדי להזרים את החשמל לרשת החשמל הארצית בה הזרם הוא זרם חילופין AC יש להשתמש ב"ממיר" »
הגדרת התא הפוטו וולטאי
• תאים פוטו וולטאיים מוגדרים לפי ערך Watt – Peak (וואט שיא WP).
• יחידה זו היא יחידת הספק שהוגדרה לצורכי תקינה.
• ההספק המתקבל מתא פוטו וולטאי תלוי במספר גורמים:
- עוצמת האור – ככל שעוצמת האור גבוהה הזרם עולה.
- טמפרטורה – ככל שהטמפרטורה עולה הזרם פוחת
- תנאים ספקטראליים שונים.
לפיכך נקבעה יחידת הספק תקנית בה נבדקים התאים הפוטו וולטאיים בתנאי מעבדה.
במסגרת הבדיקה נבחנים התאים הפוטו וולטאים במבחנים תקניים (STC) אשר כוללים:
עוצמת אור של 1000 W/m2
טמפרטורת הקולט C0 25.
תנאים ספקטראליים המוגדרים AM1.5
כל פנל היוצא ממפעל היצרן עובר את הבדיקה. בהתאם לתוצאת הבדיקה מאופיינים התאים ונקבע הספקם.
2. מה זה פנל סולארי?
פנל סולארי (נקרא לעיתים גם מודול או לוח סולארי) הוא מספר תאים פוטו וולטאים המחוברים יחדיו באופן חשמלי ונתונים במסגרת אלומיניום וזכוכית המגינים עליהם מתנאי מזג אוויר משתנים. התאים מותקנים בפנל כך שצד ה – N שלהם מופנה כלפי מעלה.
אופן היצור של הפנל:
3. מה התפקיד של הממיר?
זרם החשמל המתקבל במערכת הפוטו וולטאית מייצור חשמל באמצעות אנרגית השמש הוא זרם ישר (DC). לעומתו הזרם הזורם ברשת החשמל בישראל הוא זרם חילופין (AC).
תפקידו של ממיר המתח (Inverter בלעז ומהפך בעברית) להפוך את זרם הישר המתקבל מהמערכת לזרם חילופין.
זאת ועוד, בדרך כלל רוב הלוחות הסולאריים מספקים מתח DC 12V בעוד המתח הביתי הרגיל הוא 220 AC. גם המרה זו מהמתח המתקבל ע"י הלוחות הסולאריים למתח הביתי מומר ע"י הממיר.
מערכת סולארית מורכבת מארבעה חלקים עיקריים:
