פאנלים חצי‑שקופים מגדילים תפוקת חקלאות 34%

פאנלים חצי‑שקופים חדשים מגדילים תפוקת החשמל בחוות עד 34%

פאנלים חצי‑שקופים עם סלקטיביות ספקטרלית יכולים להעלות את ייצור החשמל בחוות חקלאיות עד 34%. חוקרים מאוניברסיטת ניו סאות' ויילס פיתחו מודול קריסטלי‑סיליקון (c‑Si) חצי‑שקוף שמפנה אור קרוב‑אינפרארד (NIR) לתאים ומאפשר ל‑>90% קרינה פעילה (PAR) להגיע לצמחים.

איך המודול עובד: אופטי סלקטיבי וקונסנטרטורים בצורת V‑groove

המודול משלב מראות ברג מרובות שכבות (DBR) וקונסנטרטורים שטוחים בצורת V‑groove בתוך ארכיטקטורת שני זכוכיות. ה‑DBR משקף את הטווח 800‑1100 nm עם יעילות >99.9% ומחזיר את האור ל‑TOPCon c‑Si דרך השתקפות פנימית מלאה (TIR). משטחי ה‑V‑groove מכוונים את האור המוחזר אל התא, בעוד שהטווח הנראה 400‑700 nm חודר ישר אל הצמחים. סרטי DBR פולימריים מרובי שכבות הוכחו כיעילים ביותר, עם השתקפות NIR גבוהה וספיגה מזערית – כפי שמסכמת סקירה של RSC על טכנולוגיות PV חצי‑שקופות לחקלאות משולבת סקירה של RSC על טכנולוגיות PV חצי‑שקופות לחקלאות משולבת.

תוצאות מבחני האוסטרליה מאשרות שיפור משמעותי

מודל אופטי ב‑MATLAB הראה שלושה קונפיגורציות של מודול מול פאנל אטום רגיל ופאנל חצי‑שקוף סטנדרטי בעל אותה כיסוי תאים. בשלושה אתרי מבחן באוסטרליה, העיצוב הסלקטיבי השיג עלייה של 23‑27% בזרם קצר‑מעגל עבור פריסת כיסוי תאים של 50% ועלייה של 34‑40% עבור פריסת 38% כיסוי. בכל המקרים, העברת PAR נשארה מעל 90%, כך שהצמחים מקבלים אור מספיק. התועלת תלויה בזווית השמש – היעילות נשארת יציבה לאורך כיוון ה‑V‑groove אך יורדת כשקרן השמש פוגעת במקביל לגרבות.

איך זה מתחרה בפתרונות חצי‑שקופים קיימים

פאנלים מסחריים היום – מודולים דו‑צדדיים מזכוכית, תאים דקים שקופים, ופאנלים פולימריים – מקריבים או חשמל או מעבר אור. לפי סקירת RSC, רוב הפאנלים החצי‑שקופים משדרים ספקטרום רחב כולל NIR, שאינו מועיל לצמחים אך טוב לתאים. לעומת זאת, המודול של UNSW מסנן כ‑80% מה‑NIR, ממירו לחשמל ומשאיר את הספקטרום הנראה לצמחים – איזון שלא נמצא במוצרים קיימים.

שוק חקלאות משולבת צופה לצמיחה מהירה

אנליסטים מצפים שהשוק העולמי של חקלאות משולבת יגדל בקצב של CAGR של 38‑45% עד 2030 שוק חקלאות משולבת – Mordor Intelligence. צפיפות החשמל הגבוהה של המודול יכולה להפוך פרויקטים לחקלאות משולבת לכלכליים יותר, במיוחד באזורים עם קרינה חזקה שבהם יעילות השימוש בקרקע קריטית.

מה זה אומר לישראל

בישראל, והמיוחד באקלים השמשי של הנגב הדרומי, התפוקה הממוצעת היא 1,950 kWh ל‑kWp לשנה. אם ניישם את השיפור של 34% של מודול UNSW בחווה של 1 MWp בנגב, ייצור החשמל השנתי יעלה מ‑1.95 GWh ל‑≈2.62 GWh – תוספת של ≈0.67 GWh. לפי תעריף פיד‑אין מסחרי של ₪0.41 /kWh, המשמעות היא רווח נוסף של כ‑₪275,000 בשנה. הכנסה זו יכולה לקזז את העלות הראשונית הגבוהה של האופטיקה הסלקטיבית עד שהטכנולוגיה תתבגר ותגיע לכלכלה של קנה מידה.

מבט לעתיד: מהפרוטוטיפ לחוות מסחריות

הצוות כבר בנה פרוטוטיפ ראשון בגודל חצי דף A4 ואישר את הביצועים האופטיים במעבדה. כדי להגיע לשוק, יש לשלב את המודול במערכות הרכבה קיימות של חקלאות משולבת ולבדוק תגובות אור של גידולים שונים. אם ייוצרו במרחב המסחרי, מודולים אלו יכולים להפוך לחלק מרכזי בתוכנית האנרגיה המתחדשת של ישראל, ולסייע למדינה להגיע ל‑30% חשמל מתחדשת עד 2030 תוך שמירה על פריון חקלאי.

---

נקודות מפתח:

• אופטי סלקטיבי מגביר ייצור חשמל בחקלאות משולבת עד 34% תוך שמירה על >90% PAR לצמחים.
• DBR פולימריים מרובי שכבות וקונסנטרטורים בצורת V‑groove הם הטכנולוגיות המרכזיות.
• בנגב הדרומי, חווה של 1 MWp יכולה להרוויח כ‑₪275 אלף לשנה בזכות התפוקה הגבוהה.
• הטכנולוגיה מתיישרת עם צמיחת השוק העולמי של חקלאות משולבת ומקצרת את תקופות ההחזר.

מקורות וקישורים נוספים

• Spectrally selective modules for agrivoltaics - RSC Publishing
• Photovoltaics literature survey (No. 191) - Hameiri - Wiley Online Library
• UNSW unveils spectrally selective solar modules for agrivoltaics
• [PDF] eu pvsec 2024 - Conference Programme
• Thin-film solar photovoltaics: Trends and future directions - ScienceDirect