על מה אתם חושבים שאנחנו אומרים ייצור אנרגיה סולארית? ככל הנראה שתי תמונות עולות לראש: באחת, דודי שמש ניצבים על גג מבנה, במה שהפך לחלק בלתי נפרד מהנוף הישראלי; ובשנייה, שדה סולארי בדרום הארץ. בוהק, מסנוור למרחקים. בשני המקרים, ייצור האנרגיה הסולארית מזוהה עם מוצר מגושם, לא אסתטי, כבד, ובמקרה של השדה הפוטו-וולטאי – גם זללן שטח לא קטן.
אולם, כל זה אינו מחויב המציאות. ייצור אנרגיה סולארית יכול להיות חלק מאדריכלות המבנה ואפילו להיראות מצוין, או יותר נכון – לא להיראות בכלל ולהיטמע במעטפת. בשוק קיימים היום עשרות מוצרי בנייה סולאריים במגוון צבעים ושקיפויות, שיכולים להשתלב במבנה – לא כתוספת אלא כחלון, גג, חזית, מתקן הצללה ועוד.
נהוג לכנות את מוצרי הבנייה המייצרים אנרגיה סולארית "תאים פוטו-וולטאים משולבי מבנה" (BIPV- Building Integrated Photovoltaics). בעולם, קצב הצמיחה השנתי של התעשייה הזו עומד על 33 אחוז עם צפי שוק של 61 מיליארד דולר בשנת 2022. ובישראל? כאן, ככל הידוע, נעשים השנה שימושים ראשונים במוצר בניה שכזה. בכתבה זו ניגע בהתפתחות הטכנולוגית שאפשרה את השינוי, נבין את החשיבות של ההתפתחות לצורך עמידה ביעדי האנרגיה ולצורך יצירת חוסן עירוני אנרגטי, ונסיים עם האתגרים שבדרך ליישום.
ההתפתחות הטכנולוגית: מלוחות כבדים לחוטי ננו
טכנולוגיית תאים פוטו-וולטאיים מתחלקת לשלושה דורות. הדור הראשון והוותיק ביותר עושה שימוש בסיליקון גבישי. למערכת יעילות גבוהה אבל הלוחות כבדים, המראה מגושם וניתן לזהות בו את החלקיקים הסיליקונים.
הדור השני מבוסס על מוצרי סיליקון מתקדמים ועדינים יותר וכן על פילם דק. דור זה מאפשר מוצרים קלים יותר, במגוון צבעים, שקיפויות וטקסטורות, ללא בוהק, עם אפשרות לייצר אפילו יריעה גמישה המקנה משחק תלת ממדי. הטכנולוגיה הזו בשלה ומסחרית. קיימים עשרות מוצרים בשוק ומוצרים חדשים ממשיכים להיבחן.
הדור שלישי של מערכות פוטו-וולטאיות מבוסס על טכנולוגיות חדשות, שנמצאות בחלקן עדיין בשלבי בחינה ופיתוח, כגון תאים המבוססים על חומרים אורגניים (organic photovoltaics), הדפסות דיו פוטו-וולטאי (dye-sensitized), חוטי ננו מסיליקון (silicon nano-wires) ועוד.
עם השנים ניתן לזהות מגמה כללית של שיפור היעילות של התאים הפוטו-וולטאיים במקביל לירידה במחירם. תאים פוטו-וולטאים משולבי מבנה (BIPV) מתבססים כיום בעיקר על טכנולוגיית הדור השני. אם בעבר הלא רחוק המגמה היתה להבליט את ייצור האנרגיה הסולארית על החזית, ניתן למצוא היום דוגמאות לחזיתות סולאריות שנראות כמו חזית רגילה לכל דבר. האפשרויות לאדריכל כמעט אין סופיות: ניתן, למשל, למקם תא סולארי מאחורי זכוכית מודפסת, כשההדפסה על הזכוכית יכולה להיות במגוון רחב של צבעים וטקסטורות. כך ניתן לשלב את ייצור האנרגיה בתוך אדריכלות המבנה, יצירת אמנות או הדפס לוגו.
היות והמוצר הסולארי הוא בעצמו מעטפת המבנה, נחסכים תהליכי ייצור ועלויות כפולות של שני מוצרים נפרדים – מעטפת המבנה ומערכת ייצור האנרגיה. אולם, בדומה לטכנולוגיות חדשות רבות אחרות, מכיוון שמדובר בטכנולוגיה חדשה שמכניסה ממד חדש ומורכב לענף הבנייה, יישום של מוצרי BIPV לרוב יקר באופן ניכר לעומת פאנלים סטנדרטיים שמתווספים למעטפת כשכבה נוספת.
ייצור אנרגיה בעיר
בכתבה "הגיע הזמן למהפכת ייצור אנרגיה" תיאר רן רביב את השינוי הנדרש במשק האנרגיה, בכדי להתמודד עם משבר האקלים ולייצור חוסן אנרגטי עירוני. השאלה הגדולה היא איפה וכיצד ניתן ליצר אנרגיה בעיר.
פתרון נפוץ מיושם על ידי התקנת לוחות פוטו-וולטאיים סטנדרטיים על גגות מבנים. מקובל לשמוע בתקשורת על אסדרות הנוגעות לתעריפים של רשות החשמל להתקנות מסוג זה, שגם קובעות את הכלכליות שלהן. בעוד בניינים נמוכים יכולים לייצר, באמצעות מערכת המותקנת על הגג, כמות חשמל הדומה לצריכת האנרגיה שלהם, בבנייה גבוהה יחס שטח הגג לשטח הרצפות נמוך מאוד, לכן מערכת סולארית על הגג אינה יכולה לתת מענה לצריכת האנרגיה במבנה. מכיוון שהערים מתאפיינות בבנייה גבוהה (שרק תלך ותהפוך לצפופה יותר), הפתרונות הללו לא נותנים מענה מלא לרוב המרחב הישראלי.
מבחינה זו, היתרון של "תאים פוטו-וולטאים משולבי מבנה" אינו רק אסתטי אלא גם אנרגטי, מכיוון שיש להם את האפשרות להגדיל בצורה ניכרת את שטח ייצור האנרגיה – לא רק על גבי גגות אלא גם בחזיתות. אמנם, החזיתות האנכיות פחות חשופות לקרני השמש לעומת החזית החמישית – הגג – תוספת השטח היא בכל זאת משמעותית. ב"סקר היתכנות ליישום של תאים פוטו-וולטאים משולבי מבנה בבניינים מסחריים בישראל" שערכנו עבור המשרד להגנת הסביבה בשיתוף ד"ר דניאל מדר ואחרים, מצאנו כי הדרך היחידה שבניין משרדים רב-קומות סטנדרטי בישראל יכול לייצר חלק משמעותי מצריכת האנרגיה שלו, היא באמצעות יישום BIPV על 1-3 חזיתות, בנוסף ללוחות סטנדרטיים על הגג. יישום זה, מביא לייצור חשמל בהיקף הגדול פי 3-7 לעומת ייצור על הגג בלבד.
מדיניות בעולם מול המצב בארץ
בעולם המפותח, זיהו את היתרונות של ייצור אנרגיה על מבנים ואת חסמי הכניסה בתחום, ולצד קביעת תקנות מחייבות גובשו גם מנגנוני סיוע ותמיכה. באיחוד האירופי, לדוגמה, קבעו תקנות שמחייבות כי כל הבניינים החדשים, הציבוריים והפרטיים, יהיו בניינים "כמעט מאופסי אנרגיה" (nearly zero-energy buildings), כלומר, מבנים שיכולת ייצור האנרגיה שלהם קרובה להיקף צריכת האנרגיה בתוכם. כמו כן נקבע כי החל מ-2050 כל הבניינים יהיו ניטרליים מבחינה אנרגטית, כלומר לא יצרכו אנרגיה מעבר למה שהם יכולים לייצר בעצמם.
כאמור, כמעט לא ניתן להגיע לניטרליות אנרגטית (או אפילו ל"כמעט" איפוס אנרגיה) ללא יישום BIPV. בהתאם, ממשלות כגון אוסטריה, ליטא וצרפת נותנות תמריצים כלכליים לחשמל המיוצר ממתקני BIPV, הגבוהים בעשרות אחוזים מייצור חשמל במערכות סטנדרטיות וגבוהים עוד יותר ביחס לייצור חשמל סולארי על הקרקע. כיום ישנם מאות מוצרי BIPV שונים בעולם, שנותנים פתרונות ייצור אנרגיה ומעטפת לגגות, לחזיתות ולחלונות. בעולם הוקמו ושופצו כבר מאות בניינים עם מערכות BIPV.
בישראל, כיום, תחום ה-BIPV נמצא בחיתוליו. ככל הידוע, יש בניין אחד עם חזית PV – הבניין של מת"ף, חברת המחשוב של הבנק הבינלאומי שהוקם במתחם העסקים שורק ליד ראשון לציון. על החזית הדרומית הותקנו פאנלים סולאריים הזהים לאלו שהותקנו על הגג. המודולים הותקנו כחזית מאווררת, אולם הם אינם מהווים חלק מבני במעטפת הבניין, ולכן לא יכולים להיות מוגדרים כ-BIPV מלא. יישומים ראשונים של חזיתות BIPV צפויים להיות מותקנים בשנה הקרובה בארץ.
מה הפוטנציאל בארץ?
לאקלים הישראלי השופע בשמש, פוטנציאל גבוה יותר ליישום BIPV על חזיתות מאשר לאקלים האירופי. פוטנציאל זה גבוה ב-5% עד 80% מזה שקיים בדרום ובמרכז אירופה בהתאמה.
לפי מחקר של הפורום הישראלי לאנרגיה, חיוב התקנת BIPV על כל המבנים החדשים בישראל יכולה להביא להפקת 30-50% מביקוש החשמל כבר בשנת 2040 בישראל, בתרחיש עסקים כרגיל, ללא שינויים בקצב גדילת שוק האנרגיה ו/או שיפורים בטכנולוגיה. לצורך השוואה, משרד האנרגיה הציב יעד של הפחתת פליטות במשק האנרגיה לבדו ב-30% עד 2030 וב-80% עד 2050. בעבודה שהושלמה לאחרונה בתוכנית NZO במכון השל על פוטנציאל המעבר לאנרגיה מתחדשת עד 2050 הודגם תרחיש מציאותי המאפשר להגעה ל-95% אנרגיות מתחדשות עד 2050. אחד האמצעים לכך הוא הגברת ייצור אנרגיה על מבנים.
התקנה נרחבת של BIPV על מבנים בישראל תעזור לצמצם פגיעה בשטחים פתוחים עבור תשתיות אנרגיה, תהפוך את הערים בישראל לבעלות חסינות אנרגטית גבוהה בהרבה לעומת המצב כיום, תחסוך במשאבים רבים, תאפשר דמוקרטיזציה של הפקת וצריכת אנרגיה, תצמצם את התלות של ישראל בדלקי מאובנים יקרים, מזהמים ומונופוליסטיים, תייצר מקומות עבודה רבים, תביא לצמצום ניכר בפליטות גזי חממה, זיהום אוויר ותחלואה נלווית, תביא להתייעלות אנרגטית ותצמצם אובדן חשמל ואנרגיה בייצור ובהולכה.
איפה הבעיה?
במציאות הישראלית הנוכחית, מחיר החשמל נמוך יחסית למקובל בעולם המפותח, ואינו כולל עלויות חיצוניות כגון השפעה של פליטת זיהום אוויר וגזי חממה על הבריאות, התשתיות והסביבה. כמו כן, היעדר שוק BIPV מקומי מוביל למחירים גבוהים לעומת שווקים מפותחים יותר כמו זה שבאירופה. לאור מצב זה, הסקר שנערך עבור המשרד להגנת הסביבה מצא כי אף אחת מחלופות ה-BIPV שנבחנו אינה מחזירה את ההשקעה תוך פחות מ- 14 שנה. פרק זמן זה נחשב לסביר לפרויקט תשתית אבל קשה לעיכול בשוק הדיור הישראלי, שגם ככה סובל מעליות מחירים מתמשכות, כשהתקנת מערכות BIPV צפויה לייקר את עלות הקמת הבניין בכמה אחוזים נוספים.
לכן, בתנאים הנוכחיים של ישראל, ללא הכוונה ותמיכה ממשלתית ייעודית לייצור חשמל על מבנים, שוק ה-BIPV לא צפוי לצמוח בצורה מספקת בישראל ב-5-10 השנים הקרובות. זאת, בניגוד, כאמור, לקצב צמיחה עולמי שנתי של כ-33%.
אז מה נדרש בכדי שנראה חזיתות סולאריות בישראל?
קידום הנושא בישראל מחייב הרחבת ניתוח העלות-תועלת מעבר לבניין הבודד אל התועלות הצפויות למשק בכללותו: כאשר תועלות חיצוניות ותועלות משקיות מייצור חשמל פוטו-וולטאי משוקללות בניתוח, זמן החזר ההשקעה צונח לכשמונה שנים. כלומר, כרגע, האינטרס הכלכלי לקידום הטכנולוגיה לאו דווקא נמצא במגרש של יזם הנדל"ן אלא של המדינה. מכיוון שגם הממשלה מבינה שנדרש שינוי דרמטי כדי להתמודד עם משבר האקלים, וכדי להגיע ליעדי האנרגיה המתחדשת שהיא עצמה הציבה, עליה לחייב התקנת תאים פוטו-וולטאיים בבנייה חדשה או לכל הפחות לקדם מדיניות תמיכה כמקובל בעולם. תמיכה זו יכולה להיות מוגבלת מראש בזמן, לצורך הנעת השוק, יצירת ביקושים וצבירת ניסיון מקומי בטכנולוגיה. בינתיים, על מנת להקל על גיור עתידי של הטכנולוגיה ולאפשר התמודדות עם חסמים נוספים כגון חששות פסיכולוגים, התאמה לתקנות מקומיות וחוסר ניסיון בענף הבניין, חשוב ליזום פרויקטים חלוצים להדגמת היתכנות בזירה המקומית.