ניתוח ההשפעות של גובה על תפוקת ההספק ויעילות של מודולי פוטו-וולטאיים מותקנים על הקרקע

למה גובה הפאנל חשוב יותר משאתם חושבים

פאנלים סולאריים הפכו למראה שגור על גגות ובשדות פתוחים. אבל מעבר לכמה פאנלים מתקינים או לאיזה זווית הם מוטים, החלטת תכנון שקטה יותר יכולה לשנות במידה ניכרת כמה חשמל הם מייצרים: באיזה גובה הם מוצבים מעל הקרקע. המחקר הזה חוקר שאלה פשוטה עם השלכות מעשיות גדולות לבתים, חוות ולפארקי סולאריים — איזה גובה התקנה נותן למודולים מותקנים על הקרקע את האיזון הטוב ביותר בין קירור לקרינת שמש, וכמה אנרגיה נוספת יכול בחירה זו לספק בטווח הארוך?

בדיקת שלוש תצורות פשוטות בשטח

החוקרים ערכו ניסוי חיצוני בקמפוס של אוניברסיטה בהונגריה עם שלושה מודולי סולאר זהים שהותקנו מעל משטח בטון. ההבדל היחיד ביניהם היה בגובה קצה התחתון מעל הקרקע: 0.7 מטר, 1.1 מטר או 1.6 מטר. כולם פנו לדרום באותו שיפוע של 45 מעלות כדי להבטיח חשיפה שווה לשמש. ביום סתו בהיר, מהבוקר המאוחר עד אחר הצהריים המאוחר, מכשירים הקליטו ברצף רמות קרינה, טמפרטורת האוויר, מהירות רוח, טמפרטורות הפאנלים והתפוקה החשמלית — מתח, זרם, הספק ויעילות — של כל מודול.

איך האוויר ואור המוקרן מהקרקע משנים את התנהגות הפאנלים

הגובה מעל הקרקע משנה שני גורמים מרכזיים שמשפיעים על הפאנל. ראשית, זרימת אוויר: כאשר הרוח זורמת מתחת ומסביב לפאנל היא גוררת חום ומקררת את תאי השמש, מה שמשפר את יעילותם. מעט מדי זרימת אוויר — והתאים יתחממו; זרימה תסיסת מדי — והקירור עלול להיות פחות אפקטיבי. שנית, אור מוחזר מהקרקע, המכונה אלבדו: בטון בהיר מחזיר קרינת שמש נוספת אל הפאנל, מה שיכול להגביר את לכידת האנרגיה אך גם להוסיף חום. בהשוואת השלושה באותם תנאי מזג אוויר, הקבוצה יכלה לראות כיצד אפקטים מזעריים אלו של המיקרו-אקלים באים לידי ביטוי בפועל לאורך היום.

הנקודה המתוקה: גובה בינוני מנצח

הממצאים היו ברורים. המודול המותקן בגובה 1.1 מטר רץ באופן עקבי קר יותר וייצר יותר הספק מאשר אלה שהוצבו נמוך יותר או גבוה יותר. טמפרטורת התא שלו נשארה בכ־4–5 °C מתחת לזו של הפאנל בגובה 0.7 מטר וכ־7–9 °C מתחת לזו של הפאנל בגובה 1.6 מטר. מאחר שתאי שמש מאבדים מתח כשהם מתחממים, יתרון טמפרטורי זה תורגם לביצועים חשמליים טובים יותר. בממוצע סיפק המודול בגובה 1.1 מטר כ־31.6 וואט של הספק עם יעילות של 6.67%, לעומת 25.3 וואט ו־5.36% בגובה 0.7 מטר ורק 19.7 וואט ו־4.29% בגובה 1.6 מטר. בשעות השיא הגיע הפאנל בגובה 1.1 מטר לכ־39 וואט — מספר וואטים יותר משכניו.

ודאות שההבדלים אמיתיים

כדי לוודא שהרווחים הללו אינם נובעים רק מתנודות אקראיות בקרינת השמש או במזג האוויר, המחברים החילו טכניקות סטטיסטיות סטנדרטיות. ניתוח מסוג ANOVA, ואחריו מבחן השוואה מפורט יותר, הראו שההבדלים בהספק וביעילות בין שלושת הגבהים היו גדולים מדי כדי שניתן יהיה להסבירם במקרה בלבד. במילים אחרות, הגובה היה גורם תכנוני אמיתי ומדיד. בדיקות אי-ודאות של המכשירים הצביעו על כך שהקריאות של הספק ויעילות היו מדויקות, עם טעויות של כ־אחוז בלבד. יחד, הנתונים תומכים ברעיון שגובה בינוני מציע את השילוב הטוב ביותר של זרימת אוויר יציבה ואור מוחזר מועיל — אך לא מוגזם — מהבטון.

חשבון חשמל, רווחי אקלים ובחירות תכנוניות פשוטות

אף שהניסוי השתמש בפאנל קטן יחסית, הממצאים ניתנים להיקף למערכות גדולות יותר. באמצעות נוסחאות כלכליות סטנדרטיות מעריכים החוקרים כי מערכת מותקנת על הקרקע שתעוצב בקווים אלה יכולה לייצר חשמל בעלות של כ־0.084 דולר לקוט״ש לאורך חיי שירות של 25 שנים, ובמקביל לחסוך כמעט 580 קילוגרם של פליטת פחמן דו-חמצני בהשוואה לחשמל מהרשת. עבור בעלי בתים, חקלאים או מתכנני פארקי סולאר, הדבר מציע שדרך בחירה מדוקדקת של גובה ההתקנה — סביב 1.1 מטר בתנאים דומים לאלו שבמחקר — אפשר להשיג תוספת אנרגיה ואמינות בעלות נמוכה. זו תזכורת שבמגמה להשיג אנרגיה נקייה, פרטים הנדסיים קטנים יכולים יחדיו להניב רווחים משמעותיים גם לכיס וגם לאקלים.

ציטוט: Altaye, A.T., Farkas, I. & Víg, P. Analysis of effects of elevation on the power output and efficiency of ground-mounted photovoltaic modules. Sci Rep 16, 6311 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37413-1

מילות מפתח: פאנלים סולאריים, מערכות פוטו-וולטאיות, גובה התקנה, יעילות אנרגטית, תכנון אנרגיה מתחדשת