תאים פוטו-וולטאיים מיקרומטריים הם 'פריצת דרך טכנולוגית' למזעור מכשירים

בעידן שבו פתרונות אנרגיה בת קיימא הם קריטיים מתמיד, האבולוציה של הטכנולוגיה הפוטו-וולטאית (סולרית) עומדת בחזית החדשנות. דוגמה עדכנית לכך מגיעה מאוניברסיטת אוטווה (U of O), שם צוות של מדענים הצליח "השיג ראשון עולמי על ידי ייצור התאים הפוטו-וולטאיים המיקרומטריים הראשונים במגע אחורי."  זה מתואר כ"צעד מכריע" בהקלה על המשך המזעור של האלקטרוניקה.

הצוות האחראי לכך פריצת דרך בראשותו של,

• Mathieu de Lafontaine, חוקר פוסט-דוקטורט ב-U of O ופרופסור במשרה חלקית לפיזיקה
• קארין הינצר, סגנית דיקנית, מחקר וראשות מחקר אוניברסיטאית להתקנים פוטוניים לאנרגיה בפקולטה להנדסה

בעוד ה-U של O היה מרכזי בפריצת הדרך הזו, הצוות נתמך גם על ידי אוניברסיטת שרברוק בקוויבק והמעבדה לטכנולוגיות דה לה מיקרואלקטרוניקה בגרנובל, צרפת.

מהם תאים פוטו-וולטאיים?

תאים פוטו-וולטאיים, הידועים בדרך כלל כתאים סולאריים, הם מכשירים הממירים את אור השמש ישירות לחשמל. הם פועלים על פי העיקרון של האפקט הפוטו-וולטאי, שבו אנרגיית אור (פוטונים) הפוגעת בחומרים מוליכים למחצה כמו סיליקון משרה זרם חשמלי. תהליך זה מתרחש כאשר הפוטונים מפרקים אלקטרונים ממסלוליהם האטומיים, ויוצרים זרימה של מטען חשמלי.

תאים אלו הם אבני הבניין הבסיסיות של פאנלים סולאריים והם קריטיים בריתום אנרגיה סולארית, מקור מתח מתחדש ונקי. ההתקדמות האחרונה של U of O בפיתוח תאים פוטו-וולטאיים מיקרומטריים מסמנת קפיצת מדרגה משמעותית בטכנולוגיה זו, המציעה פתרונות יעילים וקומפקטיים יותר.

מהם "תאים פוטו-וולטאיים מיקרומטריים בעלי מגע אחורי"?

כאמור, תאים פוטו-וולטאיים מיקרומטריים מגע אחורי מייצגים התקדמות פורצת דרך בטכנולוגיה סולארית. בניגוד לתאים סולאריים מסורתיים, שבהם המגעים החשמליים ממוקמים על המשטחים הקדמיים והאחוריים, לתאי המגע האחורי יש את כל המגעים החשמליים שלהם בצד האחורי.

עיצוב ייחודי זה מפחית באופן משמעותי את אפקט ההצללה הנגרמת על ידי אלקטרודות על פני התא, ובכך משפר את יכולת התא ללכוד את אור השמש.

מהו אפקט 'הצללה'?

אפקט 'הצללה' בתאים סולאריים מתייחס לחסימת אור השמש הנגרמת על ידי נוכחות של מגעים חשמליים על פני התא. לתאים פוטו-וולטאיים מסורתיים יש מגעים מתכתיים (עשויים בדרך כלל מכסף או אלומיניום) על המשטח העליון האוספים ומעבירים את הזרם החשמלי שנוצר על ידי התא.

עם זאת, מגעים אלה יכולים לחסום חלק מאור השמש הנכנס, ולמנוע ממנו להגיע לחומר הפוטו-וולטאי שמתחתיו. חסימה זו מפחיתה את כמות האור הזמינה להמרה לחשמל, ובכך מפחיתה את היעילות הכוללת של התא הסולארי.

מקור: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423005325

הפחתת אפקט הצללה זה חיונית מכמה סיבות:

1. יעילות מוגברת: על ידי צמצום השטח המכוסה במגעים, יותר משטח התא יכול להשתתף באופן פעיל בקליטת האור והפיכה לחשמל. זה משפר את היעילות הכוללת של התא, ומאפשר לו לייצר יותר כוח מאותה כמות של אור שמש.
2. עלות תועלת: יעילות גבוהה יותר פירושה שניתן להפיק את אותה כמות אנרגיה מפחות תאים. כתוצאה מכך, ניתן להפחית את העלות הכוללת של מערכות אנרגיה סולארית, מה שהופך את האנרגיה הסולארית לתחרותית יותר עם צורות אנרגיה אחרות, ובכך להגדיל את הנגישות שלה למגוון רחב יותר של משתמשים.
3. צדדיות וגמישות עיצובית: הפחתת הצללה מאפשרת עיצובים חדשניים וגמישים יותר של תאים סולאריים. זה יכול להוביל לפיתוח של תאים שהם לא רק יעילים יותר אלא גם דקים וקלים יותר, מה שיכול להיות מועיל במיוחד עבור יישומים הכפופים לשיקולי מקום ומשקל, כמו בחלל, מכשירים ניידים ופתרונות בנייה משולבים.

הפחתת אפקט ההצללה היא המפתח לקידום הטכנולוגיה הסולארית - אשר מטופלת כעת באמצעות התאים הפוטו-וולטאיים המיקרומטריים המגיעים לאחור. כתוצאה מכך, אנו יכולים לצפות בקרוב לתאים סולאריים יעילים, חסכוניים ומגוונים יותר, שבסופו של דבר אמורים לתרום לאימוץ רחב יותר של אנרגיה סולארית כמקור כוח בר קיימא.

מדוע מזעור חשוב?

מעבר להפחתת אפקט ההצללה בתאים פוטו-וולטאיים מסורתיים, מגע אחורי מאפשר מזעור משופר מאוד. זה חיוני בתחום האלקטרוניקה וטכנולוגיות אנרגיה מתחדשת מכיוון שהוא מאפשר שימוש יעיל יותר בחלל ובמשאבים תוך שיפור הביצועים.

ההיבט המזעור או ה'מיקרומטרי' של תאים אלה גורם להם להגיע בעובי כפול מעובי שערה אנושית. כתוצאה מכך, תאים פוטו-וולטאיים קטנים יותר ויעילים יותר שפותחו על ידי ה-U של O יכולים גם להפחית משמעותית את עלויות הייצור (לכאורה עד פי שלושה).

"פריצת דרך טכנולוגית זו מבטיחה יתרונות משמעותיים לחברה. תאים סולאריים פחות יקרים וחזקים יותר יעזרו להאיץ את מעבר האנרגיה.

סוללות גרעיניות קלות משקל יקלו על חקר החלל, ומיעוט מכשירים יתרום לצמיחת האינטרנט של הדברים ויוביל למחשבים וסמארטפונים חזקים יותר". - מתייה דה לפונטיין

מעניין לציין שהמזעור הזה אינו נוגע רק להקטנת מכשירים; מדובר בהפיכתם לחכמים יותר ומתאימים יותר לסביבות שונות. בהקשר של עולם יותר ויותר מחובר, שבו האינטרנט של הדברים (IoT) וטכנולוגיות חכמות הופכים לכל מקום, תאים פוטו-וולטאיים ממוזערים יכולים להפעיל מערך של מכשירים ללא המגבלות של מקורות כוח מסורתיים.

ככזה, התקדמות זו יכולה להקל על גישה ירוקה ובת קיימא יותר לייצור וצריכת חשמל, ולתרום ישירות למעבר לעבר כלכלה ניטרלית פחמן.

היכן משתמשים בהם?

לתאים פוטו-וולטאיים יש מגוון רחב של יישומים שצומחים ללא הרף עם התקדמות כמו ייצור מגע אחורי. הרבגוניות והמשיכה הללו נובעים במידה רבה מהיכולת שלהם לייצר חשמל בצורה נקייה ומתחדשת.

מעבר לייצור חשמל קונבנציונלי, הם חלק בלתי נפרד במערכות חשמל מרוחקות וניידות, כמו אלו המשמשות בחקר החלל, שם הם מניעים לוויינים וחלליות.

עם מזעור התאים הללו, היישומים שלהם מתרחבים למכשירים אלקטרוניים צפופים יותר, שעלולים לשנות תעשיות כמו טלקומוניקציה ואינטרנט של הדברים (IoT). כפי שהוזכר קודם לכן, מזעור יכול להוביל לפתרונות יעילים יותר, קומפקטיים ורב-תכליתיים המופעלים על בסיס שמש, ולהרחיב את טווח המקומות שבהם ניתן ליישם טכנולוגיה פוטו-וולטאית.

שחקנים בתעשייה

כפי שזה נראה, יש כמה חברות ראויות לציון המאפשרות צמיחה בתוך מגזר האנרגיה בת-קיימא ששומרות על התמקדות ביישומים סולאריים. להלן כמה מהם, יחד עם מספר תוספות ראויות לציון.

1.  משאבי אנרגיה של NextEra

NextEra Energy, Inc. (SEN +% 1.02)

NextEra Energy Resources, חברת בת של NextEra Energy, עושה צעדים משמעותיים בתחום האנרגיה הסולארית. ברבעון הראשון של 2023, החברה הוסיפה לצבר שלה כ-2,020 MW של מתחדשים ונכסי אחסון, שכלל כ-1.3 GW של שמש, יחד עם נכסי אחסון ורוח. תוספת זו הביאה את צבר הפרויקטים שלה ליותר מ-20.4 GW, מה שמציג מחויבות חזקה להרחבת תיק האנרגיה המתחדשת שלה.

פרויקט בולט הוא הפרויקט הסולארי של Sebree Solar 400-MW במחוז הנדרסון, קנטקי, שמפותח על ידי Sebree Solar, חברה בת של NextEra Energy Resources.

בנוסף, NextEra Energy Resources מעורבת גם בפרויקט סולארי נוסף של 200 מגה-וואט באמצעות Green River Solar, עוד אחת מחברות הבת שלה. יוזמות אלו משקפות את המחויבות של NextEra Energy Resources לקידום אנרגיה סולארית כשחקן מפתח בשוק האנרגיה המתחדשת.

2.  הראשון שמש

FirstSolar, Inc. (FSLR +% 1.34)

First Solar, חברה בולטת מבוססת ארה"ב המתמחה במודולים סולאריים בסרט דק של קדמיום טלורייד, הציגה צעדים משמעותיים ביוזמות סולאריות החל משנת 2023. עם הכנסות של 801 מיליון דולר ומשלוח 2.7 GW של הזמנות מודולים סולאריים ברבעון אחד, החברה מפגין צמיחה חזקה ודגש על טכנולוגיה סולארית. כדי לענות על הביקוש הגובר, First Solar מרחיבה את כושר הייצור שלה הן בארה"ב והן בעולם, במטרה לקיבולת עולמית של 25 GW עד 2026.

יש לציין כי First Solar הייתה חלוצה בייצור של מודולי סרט דק דו-פנים, דבר ראשון בתעשייה. טכנולוגיה חדשנית זו מאפשרת רווח אנרגיה דו-צדדי ותשואות אנרגיה גבוהות יותר, המסמנת התקדמות משמעותית ביעילות המודול הסולארי.

3.  טכנולוגיות SolarEdge

Solaredge Technologies, Inc. (SEDG +% 4.68)

SolarEdge Technologies נתפסת כמובילה בטכנולוגיית אנרגיה חכמה. חברה זו עשתה התקדמות משמעותית בתחום האנרגיה הסולארית בשנת 2023, והתהדרה בהכנסות שיא של 943.9 מיליון דולר, כאשר 908.5 מיליון דולר הגיעו במיוחד מהמגזר הסולארי שלה. הישג זה מעיד על הנוכחות החזקה של SolarEdge בתעשיית השמש. ברבעון הראשון של 2023 לבדו, SolarEdge שלחה 3.6 גיגה וואט (AC) של ממירים ו-221 MWh של סוללות, מה שמדגיש את תרומתה המשמעותית לשוק האנרגיה הסולארית

זכרונות בולטים

מחשבות סופיות

ההתקדמות בטכנולוגיית התאים הפוטו-וולטאיים, במיוחד באמצעות פיתוח של תאים מיקרומטריים במגע אחורי, מייצגות קפיצה קוונטית פוטנציאלית באנרגיה סולארית. חידוש זה לא רק משפר את היעילות ומפחית את עלות האנרגיה הסולארית, אלא גם פותח אופקים חדשים ליישומה במגזרים שונים. הפחתת אפקט ההצללה וההתמקדות במזעור הם חיוניים בהנעת אנרגיית השמש לחזית מקורות האנרגיה המתחדשים.

כאשר אנו מאמצים את הצעדים הטכנולוגיים הללו, אנו מתקרבים לעתיד שבו אנרגיה בת קיימא ונקייה נרחבת היא לא רק אפשרות אלא מציאות.