Clear Sky Science
הסברים מבוססי ראיות, עם מעט ז'רגון

Clear Sky Science · he

השוואה טכנו-כלכלית של ייצור מימן ירוק באמצעות מערכות PV קבועות ועוקבות: ניתוח משולב PVsyst–MATLAB

· חזרה לאינדקס

הפיכת אור השמש לדלק נקי

מדינות רבות בעלות שמש רבה מחפשות דרכים להפוך את האור הזה לדלק נקי שיוכל לספק חשמל למפעלים, למשאיות ואף לערים שלמות בלי לשחרר זיהום פחמני. המחקר בוחן כיצד להשתמש בלוחות סולאריים באופן היעיל ביותר לייצור מימן ירוק, דלק המיוצר ממים באמצעות חשמל מתחדש. בהשוואה בין שתי דרכי התקנה נפוצות של לוחות סולאריים — אחת קבועה ואחת שעוקבת אחרי השמש — מציגים החוקרים איזו תצורה מספקת יותר מימן ועלות נמוכה יותר לאזור שטוף שמש כמו קנדהאר באפגניסטן.

Figure 1. כיצד תצורות שונות של לוחות סולאריים מאכילות תחנת מימן נקייה המופעלת רק על ידי אור השמש.
Figure 1. כיצד תצורות שונות של לוחות סולאריים מאכילות תחנת מימן נקייה המופעלת רק על ידי אור השמש.

שתי דרכים ללכוד את השמש

ליבת העבודה היא השוואה צמודה בין שתי מערכות סולאריות שמזינות מכשיר תעשייתי הנקרא אלקטרולייזר, המפריד מים למימן וחמצן. באחת המערכות הלוחות קבועים בזווית קבועה. בשנייה הלוחות נעים על מבנה מעקב דו-צירי כדי לפנות אל השמש לאורך היום. לשתיהן עוצמה שיא זהה של 10 קילוואט, ושתיהן שולחות את חשמלן ישירות ליחידת מימן שפועלת רק כשהשמש זורחת בעוצמה מספקת. זה הופך את ההשוואה להוגנת וריאלית עבור פרויקטים מבודדים לייצור מימן ירוק שאינם מגובים ברשת החשמל.

אח תאום דיגיטלי של תחנת מימן סולארית

כדי להבין את הביצועים בפרוטרוט, הכותבים בנו תאום דיגיטלי של כל השרשרת מאור השמש ועד המימן. הם משתמשים בכלי תכנון סולארי ייעודי כדי לחשב כמה חשמל כל תצורת סולארית תייצר בקנדהאר, שעה אחר שעה לאורך שנה שלמה, תוך התחשבות ברמות השמש המקומיות, בטמפרטורות ובהפסדי המערכת. פרופילי החשמל הללו מועברים אחר כך למודל שני שנבנה ב‑MATLAB, שממיר את ההספק לתפוקת מימן וסוכם עלויות לאורך חיי הציוד. הגישה המשולבת הזו מאפשרת לעקוב כיצד בחירות עיצוב בצד הסולארי משתקפות בייצור הדלק, ביעילות הכוללת ובעלות ליחידת אנרגיה.

יותר חלקים נעים, הרבה יותר אנרגיה

הסימולציות מראות שבאקלים שטוף שמש המעקב הסולארי משתלם באופן מובהק. בעוד שהלוחות הקבועים מייצרים כ‑11,253 קילוואט-שעה חשמל בשנה, מערכת המעקבים מגיעה לכ‑15,300 קילוואט-שעה — עלייה של כ‑36% מאותו גודל מדורג. הלוחות הנעים קוטפים אור שימושי למשך שעות רבות יותר ביום גם בחורף וגם בקיץ, ולכן משאירים את האלקטרולייזר פועל זמן רב יותר וביציבות גבוהה יותר. כתוצאה מכך ייצור המימן השנתי עולה מכ‑כ‑240 קילוגרם עם לוחות קבועים לכ‑כ‑320 קילוגרם עם מעקבים, למרות שהמערכת המכנית מורכבת במעט יותר וסובלת מהפסדי פנים שוליים.

Figure 2. כיצד לוחות סולאריים נעים מספקים יותר אנרגיה לאלקטרולייזר וממלאים מכלי מימן גדולים יותר מאשר לוחות קבועים.
Figure 2. כיצד לוחות סולאריים נעים מספקים יותר אנרגיה לאלקטרולייזר וממלאים מכלי מימן גדולים יותר מאשר לוחות קבועים.

השוואת עלויות וטביעות פחמן

המכונות הנוספות הופכות את מערכת המעקבים ליקרה יותר לבנייה ולתחזוקה, אך האנרגיה הנוספת שהיא מספקת מפצה יותר עם הזמן. כאשר כל ההשקעות, התחזוקה וההחלפות מתחלקות על תפוקת חיים מלאה, עלות החשמל מלוחות קבועים מסתכמת בכ‑4.8 סנט לקילוואט-שעה, בעוד שהמעקב מוריד זאת לכ‑3.6 סנט. מצד הדלק, עלות המימן הירוק יורדת מכ‑5.82 דולר לקילוגרם עם לוחות קבועים לכ‑4.37 דולר לקילוגרם עם מעקבים. מאחר שמערכת המעקבים מייצרת יותר חשמל נקי, היא גם מונעת יותר פליטות פחמן בכל שנה — כמעט 5 טון מטריים של CO2 בהשוואה לכ‑3.6 טון מטריים לפריסת הלוחות הקבועים.

מה משמעות הדבר לאזורים שטופי שמש

לקוראים המתעניינים כיצד ניתן לאחסן שמש ולהעביר אותה היכן שצריך, המחקר הזה מציע מסר ברור. במקומות עם משאבי שמש חזקים ויציבים, שימוש בלוחות סולאריים עוקבים לייצור מימן ממים יכול לספק יותר דלק בעלות נמוכה יותר לטווח הארוך, תוך צמצום זיהום הפחמן יותר מאשר מערכות פשוטות של לוחות קבועים באותו גודל. על אף שמעקבים דורשים השקעה ראשונית גבוהה יותר ועיצוב זהיר יותר, יכולתם לעקוב אחרי השמש מנצלת טוב יותר כל מטר רבוע קרקע וכל דולר מושקע. עבור מקבלי החלטות ומתכננים באזורים מתפתחים שטופי שמש, הממצאים מרמזים ששדות סולאריים חכמים ונעים בצירוף יחידות מימן עשויים להפוך לעמוד שדרה מעשי של מערכות אנרגיה נקיות בעתיד.

ציטוט: Irshad, A.S., Hilali, A., Ahmadullah, A.B. et al. Techno-economic benchmarking of green hydrogen production using fixed and tracking PV systems: a PVsyst–MATLAB integrated analysis. Sci Rep 16, 15620 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46077-w

מילות מפתח: מימן ירוק, מעקב שמש, מערכות פוטו-וולטאיות, כלכלת אנרגיה, הפחתת CO2