יבמ תפתח טכנולוגיה להמרת אנרגיה סולארית לחשמל, התפלת מים ומיזוג אוויר

המערכת המוצעת על ידי יבמ ניתנת להקמה בכל מקום בו נדרשים אנרגיה בת-קיימא, מי שתייה ומיזוג אוויר. עלויות התפעול של המערכת המשולבת הזאת נאמדות בכשליש מאלה של מערכות מקבילות.

יבמ מפתחת טכנולוגיה חדשה להפקת אנרגיה חשמלית מן השמש, המסוגלת לרכז עוצמה השקולה לזו של 2,000 שמשות – ביעילות העשויה להוביל לאיסוף של עד 80% מהקרינה הנכנסת, לצורך המרתה לאנרגיה שימושית.

המערכת המוצעת על ידי יבמ ניתנת להקמה בכל מקום בו נדרשים אנרגיה בת-קיימא, מי שתייה ומיזוג אוויר. עלויות התפעול של המערכת המשולבת הזאת נאמדות בכשליש מאלה של מערכות מקבילות.

מעבדות המחקר של יבמ, חברת Airlight Energy המספקת טכנולוגיות חשמל סולארי, ETH Zurich המאגד גופי אנרגיה מתחדשת והמכון למחקר שימושי וליישומי ננוטכנולוגיה בשוויץ – חברו יחד למיזם מחקר משותף לצורך פיתוח מערכת פוטו-וולטאית תרמית בריכוז קרינה גבוה, High Concentration Photovoltaic Thermal – HCPVT.

על פי מחקר משותף למכון האירופי לאנרגיה תרמית ולארגון גרינפיס, כ- 2% משטח הסהרה מסוגלים, תיאורטית, לספק את צריכת החשמל העולמית. לרוע המזל, הטכנולוגיות הסולאריות הנוכחיות הזמינות בשוק יקרות מדי, מאופיינות בתהליכי ייצור ארוכים, דורשות חומרי גלם נדירים ומציגות רמת יעילות נמוכה מכדי לאפשר יישום מעשי בהיקפים גדולים.

מערכת HCPVT המתוכננת במסגרת המיזם החדש תעשה שימוש בצלחת קעורה גדולה, המורכבת ממספר גדול של מראות, ונשלטת על ידי מערכת מעקב הקובעת ומשנה את זווית הצלחת על פי מסלול מהלך השמש. האור הנקלט בצלחת מופנה אל מספר יחידות קליטה המקוררות בנוזלים העוברים בערוצים מיקרוניים, באופן המשלש את כושר ההמרה של השבבים הפוטו-וולטאיים: כל סנטימטר רבוע של שבב המרה כזה מסוגל להמיר ולייצר, בממוצע, 250 וואט חשמל לאורך שמונה שעות אור באזורים עתירי שמש.

יחידת קליטת האנרגיה מורכבת ממאות שבבים ומספקת 25 קילו-ואט חשמל. השבבים הפוטו-וולטאיים ממוקמים על גבי מבנה מיקרוני של צינוריות נוזל קירור, הממוקמות כמה עשיריות מיקרון מפני השבב. כך, ניתן להתגבר על בעיית פיזור החום המשבשת את עבודת המערכות הפוטו וולטאיות שהיו מוכרות עד היום – ולהסיע את החום הזה ביעילות גבוהה פי עשרה בהשוואה לקירור פאסיבי באמצעות אוויר בלבד.

בזכות נוזל הקירור, ניתן להגיע לריכוז עוצמת הקרינה בשיעורים של עד פי 5,000. החוקרים העומדים מאחורי מערכת הקירור הזאת שאבו רעיונות ועקרונות המוכרים במערכת כלי הדם האנושית – והם מיישמים אותם לקירור שבבים פוטו-וולטאיים.

באמצעות שימוש בתאים פוטו-וולטאיים בעלי שלושה צמתי המרת אנרגיה בכל תא, מתכננים החוקרים להמיר יותר מ- 30% מקרינת השמש הנאספת במערכת לאנרגיה חשמלית – ולאסוף, במקביל, יותר מ- 50% מהחום הנוצר בתהליך לצורך ניצול נוסף.

מקלט האנרגיה הסולארית מרובה השבבים מבוסס על מערכות קירור שבבים שפותחו במסגרת שיתוף פעולה קודם, בין יבמ ובין המרכז המצרי למחקר ננו-טכנולוגי.

מערכות פוטו-וולטאיות קיימות אוספות כיום אנרגיה חשמלית בלבד, ומפזרות את החום הנוצר בתהליך הזה אל האטמוספירה. הגישה החדשה של יבמ לבניית שבבים פוטו-וולטאיים פותרת את בעיית ההתחממות של השבבים האלה ומאפשרת שימוש באנרגיה שבוזבזה עד כה לצורך התפלת מים ומיזוג אוויר.

על מנת לספק מי שתייה שפירים, משתמשים החוקרים ביבמ בטכנולוגיה שפותחה בחברה למחשבי-על מקוררי מים. עד היום, שימשה הטכנולוגיה הזאת לחימום מבנים ציבוריים בעזרת אנרגיה המופקת ממי הקירור של מרכזי מחשוב. עתה, יועברו המים – בטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס, בממברנות המשמשות להתפלה. מערכת כזאת עשויה להפיק מדי יום 30-40 ליטר של מים ראויים לשתיה לכל מטר רבוע של קולטי שמש ועדיין לייצר במקביל חשמל בתפוקה של יותר מ- 25% מהאנרגיה הסולארית הנקלטת במערכת – שהם כשני קילו-ואט שעה ליום. על פי נתוני האו"ם, כמות המים הזאת מהווה מעט פחות ממחצית הצריכה היומית הנדרשת לאדם אחד.