חלון הזדמנויות

בעשורים האחרונים עברו התאים הפוטו-וולטאיים שינוי משמעותי ואחרי שהחלו את דרכם כמארזי חשמל אקזוטיים ויוקרתיים ללוויינים וליישומים דומים, הם משמשים כיום לייצור יום יומי של חשמל לרשת הראשית. תחום אחד שבו עדיין לא מומש הפוטנציאל שלהם כמקורות ייצור מקומיים של חשמל הוא בנייני משרדים והסיבה העיקרית היא שלאף אחד אין תשובה טובה לשאלה: איפה הכי כדאי להתקין אותם? תאים בראש הגג יכולים לייצר ולספק חשמל לדירות בקומה אחת או שתיים, לא לבניין משרדים שלם. אפשר להציב אותם על הקירות, אבל בבנייני משרדים יחס החלונות-קירות הוא גבוה בדרך כלל ומטעמי בטיחות חלים עליהם חוקים נוקשים של חיפוי.

לכן, מה שנשאר הוא להחליף את החלונות עצמם בתאים סולאריים. לרוע המזל, תאים סולאריים הזמינים באופן מסחרי הם אטומים והאור לא חודר דרכם, אבל סאו קווניונג מהמכון הלאומי אולסן למדע וטכנולוגיה שבקוריאה הדרומית מתכנן לעשות משהו בנדון והוא ועמיתיו דיווחו בתחילת השנה שהצליחו לייצר תאים סולאריים שקופים כמו זכוכית צבעונית.

אין ספק, השקיפות של הפרוסה עלולה לבוא על חשבון כמות האור שניתן לאסוף בעבור ייצור חשמל. באמצעות התאמה וכיוונון הריווח של החורים, הצוות היה מסוגל לייצר פרוסות הולכה עם מעברי אור שבין עשרים לחמישים אחוז המגיעים לפני השטח. במילים אחרות, כמות האור שניתן לאסוף עבור ייצור חשמל הייתה בין עשרים לחמישים אחוז. לזכוכית מסחרית צבעונית עם ציפוי יש בדרך כלל עבירות אור שנעה בין 30 ל-70 אחוז.

בדיעבד, הגישה של ד"ר סאו מדהימה בפשטותה. השיטה היא לנקב או לחרוט חורים בחומר, כדי שיחדור אור דרכו. הבעיה היא לחשב נכון את הגודל ואת הפריסה של החורים.

התאים הסולאריים המסחריים עשויים משבבים של סיליקון. סאו ועמיתיו עבדו עם יריעות של חומר בעובי מאתיים מיקרון, כזה שמשתמשים בו באופן מסחרי. החורים חוררו בקוטר של 90-100 מיקרון, קוטר הנחשב למינימום הדרוש המאפשר מעבר של אור נראה לעין מבלי לגרום השפעות לא נוחות כתוצאה מהשתברות קרני האור העלול לעוות את מה שאנו רואים מבעד ליריעה.

למרות אמצעי זהירות זה, הניסיונות הראשונים עדיין סבלו מצבעים מוזרים ומאזורים עכורים שנגרמו משבירת האור ומהיווצרות תבניות התאבכות. (תבנית התאבכות היא המשרעת הכוללת של גלים מתאבכים בנקודות שונות במרחב). אבל בהמשך כל אלה התבררו כתוצאה של ריווח וסידור אקראי של החורים ולא כתוצאה של הגודל שלהם. העיוותים האלה טופלו באמצעות התאמה והכוונה של תהליך החריטה שייצר חורים שהיו מסודרים באופן קבוע ולא מקרי, וכך נוצר חומר שהיה שקוף באופן שווה ולא ייצר סטייה כרומטית. והדבר המכריע, כאשר השטח מרושת כמו תא פוטו-וולטאי הוא באמת ייצר זרם חשמלי.

בדיעבד, הגישה של ד"ר סאו מדהימה בפשטותה. השיטה היא לנקב או לחרוט חורים בחומר, כדי שיחדור אור דרכו. הבעיה היא לחשב נכון את הגודל ואת הפריסה של החורים

אין ספק, השקיפות של הפרוסה עלולה לבוא על חשבון כמות האור שניתן לאסוף בעבור ייצור חשמל. באמצעות התאמה וכיוונון הריווח של החורים, הצוות היה מסוגל לייצר פרוסות הולכה עם מעברי אור שבין עשרים לחמישים אחוז המגיעים לפני השטח. במילים אחרות, כמות האור שניתן לאסוף עבור ייצור חשמל הייתה בין עשרים לחמישים אחוז. לזכוכית מסחרית צבעונית עם ציפוי יש בדרך כלל עבירות אור שנעה בין 30 ל-70 אחוז.

חיווט של פרוסת הולכה עם עבירות אור של עשרים אחוז יוצר מתקן עם נצילות של 12.2 אחוז, זאת בהשוואה לעשרים אחוז של התאים המסחריים הטובים ביותר, השוואה שיש להביא בחשבון. לכן, אמנם עבירות אור של עשרים אחוז היא קטנה מבחינת עוצמת האור לזכוכית חלון של משרד, אבל סאו וחבר עמיתיו יצרו אבטיפוס הנמצא בטווח המספרים שמאפשר היתכנות מסחרית. אין ספק, המחיר גבוה מאשר זכוכית חלון סטנדרטית, אבל בשונה ממנה, חלון כזה יחזיר את ההשקעה בו בחשמל בחינם.

סקר שוק – החלונות הסולאריים שמייצרים חשמל ניצבים בחזית הטכנולוגיה

וצפויים לזכות בפופולריות כבר בשנים 2020-2025.

הביקוש לחלונות סולאריים יגדל עוד יותר בזכות מדיניות מתעדפת

ReportLinker / פברואר 2020

בגרמניה יצא בפברואר האחרון דוח מיוחד בשם "שוק החלונות הסולאריים ברחבי העולם – צמיחה, מגמות ותחזיות (2019-2024)". אמנם המגמה חיובית וחד משמעית, אולם כדאי לציין שלעת עתה, נראה שנצילות נמוכה, עלות ראשונית גבוהה ומגבלות מבניות צפויות לעכב מעט את הצמיחה של השוק.

מגזר הדיור צפוי לחוות ביקוש גבוה יותר לחלונות סולאריים המייצרים חשמל לאורך התקופה המדוברת, בעיקר משום שהביקוש לחשמל במגזר זה נמוך יותר, יחסית לאחרים.

לפי ההערכות, ב-2018 הובילה אירופה במגזר הזה והיא תמשיך בהובלה, בעיקר תודות למחקר ופיתוח המהירים בה. ברחבי העולם הביקוש לחשמל עולה ומגזר הבנייה משגשג, וזה פותח אפשרויות רבות לשוק החלונות הסולאריים.

בית השמש העולה

מגזר הדיור אחראי לנתח משמעותי של צריכת האנרגיה בבניינים ברחבי העולם. אבל בבנייני המגורים, בעיקר בתים פרטיים, יש שטח קטן יותר וצריכת אנרגיה נמוכה יותר. לכן, עד כה היו בהם בעיקר מתקנים פוטו-וולטאיים מסורתיים על הגגות.

רוב הביקוש לאנרגיה פוטו-וולטאית מגיע ממדינות מערביות, שבהן, לאור צפיפות אוכלוסין נמוכה יותר, חלקם של הבתים הפרטיים במגזר הדיור גבוה יותר. גם הביקוש למבנים שבהם משולבת אנרגיה פוטו-וולטאית גבוה יותר באזורים המערביים.

מגזר הדיור יוכל לנצל את הפוטנציאל שלו בתחום רק אם החלונות הסולאריים יהיו תחרותיים מבחינה פיננסית עם החלונות הרגילים, או שיהיו בעלי נצילות וגם תחרותיים עם תאים פוטו-וולטאים משולבי מבנה  Building Integrated Photovoltaics  BIPV

ההצלחה של חברת 'סוויצ'גלייז' עשויה לספק הזדמנות משמעותית לשחקנים בשוק בניצול מגזר המגורים. כמו כן, 'סולאר-ווינדו' טוענת שהמוצר שהם כבר פרסו בשטח ובקרוב יוציאו לשוק, מחזיר את ההשקעה בו לאורך זמן קצר יותר מאשר המוצרים של תאים פוטו-וולטאיים משולבי מבנה.

אירופה שולטת בשוק

לאורך התקופה שנבחנה, אירופה צפויה לחוות את פריצת הדרך המוקדמת ביותר בטכנולוגיה. בשנת 2016 פיתחו בחברת סטארט אפ בשם Physee – חלון שקוף לחלוטין. ממבט ראשון, החלון נראה ככול חלון מודרני. אבל בעוד שחלון רגיל מחזיר שלושים אחוז מהאור שמגיע אליו, ה'פאוור ווינדו' לוכד את האור הזה לטובת ייצור אנרגיה. בשנת 2017 'דאטש בנק' בהולנד התקין חלונות סולאריים לייצור חשמל שפיתחה חברה זו על פני כמעט 3,000 מטר רבוע. החלונות מייצרים די חשמל להטענת טלפונים ניידים כמה פעמים ביום, אולם עדיין לא משמשים מקור חשמל שעומד בפני עצמו.

לטכנולוגיה הזאת יש מקום מבטיח מאוד בשוק האירופי לאור הצורך ההולך וגובר באנרגיה נקייה, התמקדות של הממשלות בהפחתה של פליטות הפחמן וכן צמצום המתקנים שתופסים שטח.

אופק תחרותי

שוק החלונות הסולאריים ברחבי העולם הוא אחיד מאוד, תודות למספר קטן של חברות שפועלות בתעשייה הזאת. השחקניות המרכזיות הן: Physee, Brite Solar, Onyx Solar Energy S.L, Solaria Corporation and EnergyGlass.