תאים סולאריים מכונים תאים פוטו וולטאיים בשמם המקצועי, או PV בקיצור משמם הלועזי (photovoltaic). תאים סולאריים הינם התקנים הקולטים את קרינת השמש האלקטרומגנטית ומפיקים ממנה אנרגיה חשמלית בצורה ישירה.

ההיסטוריה של התאים הסולאריים

המדען הצרפתי אלכסנדר אדמונד בקרל גילה בשנת 1839 את האפקט הפוטו וולטאי, עליו מבוססת פעולת התא הסולארי. סלניום מצופה זהב שימש כחומר ממנו נבנה התא הסולארי הראשון בשנת 1883. הלוח הפוטו וולטאי הראשון, העשוי סיליקון, נבנה ע”י חברת בל (Bell)בשנת 1954. בשנת 1958, בעקבות רוסיה, שיגרה גם ארה”ב ב את הלווין הראשון שעשה שימוש בתאים סולאריים כדי להפיק לעצמו חשמל.

איך פועלים התאים הסולאריים?

מאז ועד היום התקדמה הטכנולוגיה ועברה התאמות. התא הסולארי כיום בנוי משתי שכבות של סיליקון (צורן). בכל שכבת סיליקון אשר מרכיבה את התא הסולארי יש עקבות של יסוד אחד נוסף. לרוב, בשכבה העליונה יש עקבות של היסוד ארסן ובתחתונה של בורון. לאטום הצורן יש 4 אלקטרונים ברמה החיצונית שלו. האטום יוצר קשרים קוולנטיים עם 4 אטומי צורן אחרים. לאטום הארסן יש 5 אלקטרונים ברמה החיצונית, מה שמותיר אלקטרון אחד מיותר בשכבה העליונה. האלקטרון הנוסף לא משתתף במבנה הצורן. שכבה זו הינה שלילית למחצה. יסוד הבורון מכיל 3 אלקטרונים ברמה החיצונית, מה שיוצר חורים במבנה הצורן שגורמים לשכבה להיות חיובית למחצה. אלקטרון הארסן שואף להגיע אל חורי הבורון וכך נוצרת משיכה כימית בין 2 השכבות שמרכיבות את התא הסולארי.

האלקטרונית ה”מיותרים” שנוצרים בתהליך המתואר, משתחררים ממשיכתו של הגרעין והופכים חופשיים כאשר גלים אלקטרומגנטיים באורך מסוים נקלטים בשכבה העליונה של התא הסולארי. האלקטרונים החופשיים נעים מהשכבה העליונה של התא הסולארי, דרך המוליך ואל השכבה התחתונה עקב המשיכה הרבה בין השכבות. עקב המשיכה הזאת נוצרים בתא הסולארי בשכבת הארסןהעליונה יונים חיוביים ובשכבת הבורון התחתונה יונים שליליים. עקב כך נוצרת משיכה בין היונים ומסירה של אלקטרונים מהשכבה התחתונה אל העליונה. כל עוד מקור האנרגיה, משמע השמש, נשאר זמין, יימשך מעגל זה בתוך התא הסולארי.

ישומים נפוצים של תאים סולאריים

יישומים של הטכנולוגיה הפוטו וולטאית ניתן לראות כיום המקומות רבים, ממכשירים פשוטים מאוד עד מכשירים מורכבים ויקרים. מכשירי חשמל קטנים כדוגמת מחשבונים עובדים כיום על תאים סולאריים. תחנות חלל ולווינים מספקים לעצמם את החשמל על ידי תאים סולאריים. ניתן לראות תאים סולאריים המותקנים על עמודי תאורה. בשל יכולתם של התאים הסולאריים לעבוד בזכות עצמן ללא אמצעי תמיכה נוסף, הם משמשים לייצור חשמל במקומות מבודדים ללא גישה לרשת החשמל.

כמובן שתאים סולאריית פועלים על פי העיקרון של גלגולי אנרגיה ומתאימים בגדלים שונים למערכות מסחריות מחד ולייצור חשמל ביתי נקודתי מאידך.

ישראל, התאים הסולאריים והעתיד

בישראל בשנים האחרונות מציעות חברות רבות מערכות של תאים סולאריים להתקנה על גגות כדי לייצר חשמל סולארי ולמכור אותו לחברת החשמל בתעריף עודף ובכך להקטין, אם לא להעלים לגמרי, את חשבון החשמל ואת התלות במחיר חשמל.

העתיד טומן בחובו פיתוחים נוספים רבים בטכנולוגית התאים הסולאריים שקיימת כבר כ 170 שנה. מחקרים בתאים סולאריים פחמניים ובטכנולוגיית ריכוז שמש דרך מראות עשויים להוזיל משמעותית את עלות מערכות התאים הסולאריים ולהפכם לנפוצים בכל מקום.