זיהום אוויר עלול להפוך את הפאנלים הסולאריים ליעילים פחות

במילים פשוטות, פאנל סולארי פועל בכך שהוא מאפשר לפוטונים, או חלקיקי אור, לשחרר אלקטרונים חופשיים מאטומים, ויוצרים זרימת חשמל. לוחות סולאריים כוללים למעשה יחידות רבות וקטנות יותר הנקראות תאים פוטו-וולטאיים. (פוטו-וולטאי פשוט אומר שהם ממירים אור שמש לחשמל.) תאים רבים המחוברים זה לזה מהווים פאנל סולארי.
כל תא פוטו-וולטאי הוא בעצם כריך המורכב משתי פרוסות של חומר מוליך למחצה, לרוב סיליקון – אותם דברים שמשמשים במיקרואלקטרוניקה.
כדי לעבוד, תאים פוטו-וולטאים צריכים להקים שדה חשמלי. בדומה לשדה מגנטי, המתרחש בגלל קטבים מנוגדים, שדה חשמלי מתרחש כאשר מופרדים מטענים מנוגדים. כדי להשיג תחום זה, היצרנים “מטפטפים” סיליקון עם חומרים אחרים, ומעניקים לכל פרוסת הכריך מטען חשמלי חיובי או שלילי.
באופן ספציפי הם זורעים זרחן לשכבה העליונה של הסיליקון, שמוסיפה אלקטרונים נוספים, עם מטען שלילי, לשכבה ההיא. בינתיים, השכבה התחתונה מקבלת מנה של בורון, התוצאה היא פחות אלקטרונים, או מטען חיובי. כל זה מסתכם בשדה חשמלי בצומת בין שכבות הסיליקון. ואז, כאשר פוטון של אור השמש דופק אלקטרון חופשי, השדה החשמלי ידחוף את האלקטרון הזה מצומת הסיליקון.
זוג רכיבים נוספים בתא הופכים את האלקטרונים הללו לכוח שמיש. לוחות מוליכים מתכתיים בצידי התא אוספים את האלקטרונים ומעבירים אותם לחוטים. בשלב זה האלקטרונים יכולים לזרום כמו כל מקור חשמל אחר.
לאחרונה, החוקרים ייצרו תאים סולאריים אולטרא -טין גמישים בעובי של 1.3 מיקרון – בערך 1/100 רוחב שיער אדם – והם קלים פי 20 מגיליון נייר משרדי. למעשה, התאים כה קלים עד שהם יכולים לשבת על גבי בועת סבון, ובכל זאת הם מייצרים אנרגיה ביעילות באותה מידה כמו תאים סולאריים מבוססי זכוכית, כך מדווחים מדענים במחקר שפורסם בשנת 2016 בכתב העת Organic Electronics. ניתן לשלב בתאים סולאריים קלים וגמישים יותר כמו אלה בארכיטקטורה, טכנולוגיית חלל או אפילו אלקטרוניקה לבישה.
ישנם סוגים אחרים של טכנולוגיית אנרגיה סולארית – כולל אנרגיה סולארית תרמית ושמש מרוכזת (CSP) – הפועלים בצורה שונה מאשר לוחות סולאריים פוטו-וולטאיים, אך כולם רותמים את כוח אור השמש ליצירת חשמל או לחימום מים או אוויר.

מרשתות לא יעילות, חסרונות במדיניות ואפילו ליקוי חמה מדי פעם, איסוף אנרגיה סולארית לא סובל ממחסור במכשולים. מדענים גילו אבן נגף נוספת: זיהום אוויר. במחקר חדש עולה כי הצטברות של חומרים חלקיקים על גבי פאנלים סולאריים יכולה להקטין את תפוקת האנרגיה ביותר מ 25- אחוזים.
המחקר שפורסם בשבוע שעבר בכתב העת Environmental Science & Technology Letters, גילה המחקר כי באזורים הרגישים ביותר לאתגר זה יש גם את ההשקעות הסולריות הכבדות ביותר. אזורים אלה כוללים את סין, הודו וחצי האי ערב.
מיכאל ברגין, פרופסור להנדסה אזרחית וסביבתית באוניברסיטת דיוק וסופר ראש המחקר, אמר: “עמיתיי בהודו הראו כמה מהמתקנים הסולאריים בגג שלהם, ונפוצצתי מכיוון שהלוחות היו מלוכלכים.” הצהרה. “חשבתי שהלכלוך צריך להשפיע על יעילותם, אבל לא היו שם מחקרים שמעריכים את ההפסדים. אז הרכבנו מודל מקיף שיעשה בדיוק את זה.” [בתמונות: 10 המקומות הכי מזוהמים בעולם]
בעבודה עם מקביליו במכון הטכנולוגי ההודי-גנדינגאר, מדד ברגין את היעילות של לוחות השמש הפוטו-וולטאיים של בית הספר כשהם מתעבים בזוהמה במשך מספר חודשים.

הניתוח הכימי הראה כי 92 אחוז מהבול ​​היה אבק טבעי. 8 האחוזים הנותרים? מזהמים מפעילויות אנושיות, כמו דלק מאובנים ושריפה ביומסה.
למרות שקבוצה אחרונה זו תרמה אחוז קטן יותר מהזוהמה הכוללת בלוחות הסולאריים, היא עלולה לגרום לאובדן אנרגיה גדול יותר, אמר ברגין.
“החלקיקים מעשה ידי אדם הם גם קטנים ודביקים, מה שמקשה עליהם לנקות הרבה יותר”, אמר. בנוסף, חלקיקים קטנים יותר חוסמים את אור השמש ביעילות רבה יותר מאשר אבק טבעי, הוסיף.
למרות שקרצוף הפאנלים הניב מייקל של 50 אחוז באיסוף האנרגיה, ברגין הזהיר זאת.
“ככל שאתה מנקה אותם, כך גדל הסיכון שלך לפגוע בהם”, אמר.
בשטחים מסוימים בסין, שם יש זיהום חנק, חלקיקים מעשה ידי אדם יכולים לאיית הפסדים של עשרות מיליארדי דולרים מדי שנה בגלל טבולות איסוף אנרגיה סולארית, אמר ברגין. (סין מצמצמת כרגע כמחצית מהפאנלים הסולאריים החדשים בעולם.)
“תמיד ידענו שהמזהמים האלה רעים לבריאות האדם ולשינוי האקלים, אבל עכשיו הראנו כמה הם גם רעים לאנרגיה סולארית”, הוסיף ברגין. “זו סיבה נוספת של קובעי מדיניות ברחבי העולם לאמץ בקרות פליטות.”

Leave a Comment