שילוב הטכנולוגיה הפוטו-וולטאית במשק החשמל הישראלי

הטכנולוגיה הפוטו-וולטאית, שמשמשת להפקת חשמל מאנרגיה סולארית, מהווה נתח הולך וגדל במקטע ייצור החשמל בסקטור האנרגיה בישראל ובעולם. קצב הפריסה הגלובאלי של מתקני אנרגיה סולארית בטכנולוגיה פוטו-וולטאית גדל אקספוננציאלית זה שנים רבות וזאת כתוצאה מגידול בדרישה לאמצעי זול, אמין ונקי סביבתית לייצור חשמל. מתקנים פוטו-וולטאיים הם אמצעי מבוקש לייצור אנרגיה כן עבור צרכנים מנותקי רשת באזורי ספר וכן עבור צרכנים מחוברי רשת בארצות המפותחות. קצב ייצור של פאנלים פוטו-וולטאיים במפעלי פבריקציה עולה במקביל לצמיחה בהתקנות הגלובאליות, כך שהתעשייה מפגינה דינאמיות יוצאת דופן ביחס לסקטור האנרגיה, שנוטה דווקא להיות קונסרבטיבי. יתר על כך, טכנולוגיות משלימות נוספות נכנסו לנתח השוק החדש הזה בשנים האחרונות, דוגמת טכנולוגיות קצירה מבוזרת, טכנולוגית ממירי מיקרו, פתרונות תכנה - המשמשים לתכנון, ניטור ובקרה של המתקנים הפוטו-וולטאים ועוד. בישראל, ניתן כבר לראות את הפאנלים הסולאריים כמעט בכל ישוב ומועצה אזורית, אך למרות צמיחת התחום בשנים האחרונות, לא מעט אתגרים עומדים לפני הפיכת הטכנולוגיה הפוטו-וולטאית למיינסטרים בתחום הפקת החשמל. על תולדות הסקטור הסולארי פוטו-וולטאי, האתגרים שעומדים בפניו והפרספקטיבה הישראלית בנושא - בהמשך.

שחר הטכנולוגיה הפוטו-וולטאית טמון אי שם בסוף שנות החמישים של המאה העשרים, אז נבחנו לראשונה טכנולוגיות להמרת אנרגיית אור לאנרגיה חשמלית באמצעות מוליכים למחצה במעבדה, ותאים סולאריים ראשונים נבנו במעבדות המחקר בארה"ב. אם בשנות השישים והשבעים פאנלים פוטו-וולטאיים שימשו בעיקר בתחום החלל, הרי שבשנות השמונים והתשעים, התפתחות ביעילות המרת אנרגיה בתאים וירידה בעלויות ייצור אפשרו כבר את יישומם גם לתחום אספקת חשמל באזורי ספר מנותקי רשת. בשנות התשעים המאוחרות החלה לשמש הטכנולוגיה גם לבניית מתקנים מחוברי רשת לייצור חשמל בתעריפי סובסידיה - תקופה שנמשכה כעשור והובילה להתפתחות התעשייה הסולארית המודרנית. רוב תעשיית התאים הפוטו-וולטאיים בשנים האחרונות מבוססת על טכנולוגית צורן גבישי, אם כי גם טכנולוגיות נוספות נמצאות בשוק - העיקרית שבהן היא טכנולוגית פילם דק של קדמיום טלוריד, וניתן גם לפגוש בטכנולוגיות נוספות כמו CIS ו-CIGS. אין ספק שצורן מהווה חומר גלם אידיאלי לתעשיית האנרגיה הסולארית - הוא מצוי בשפע בקרום כדור הארץ, אינו נחשב רעיל לסביבה או לבני האדם, מהווה בסיס לטכנולוגיה הותיקה ביותר בתחום הפוטו-וולטאי וגם מן היעילות ביותר לצורך המרת אנרגיה סולארית לחשמל. אם בעבר הלא רחוק יכולנו לדבר על מחסור בצורן מעובד, שהוא חומר הגלם העיקרי ליצירת תאים פוטו-וולטאיים בטכנולוגית צורן גבישי, הרי שהיום הבעיה למעשה כבר לא קיימת. המחסור הזמני בצורן גבישי בעבר הלא רחוק התרחש עקב העובדה שתעשית התאים הפוטו-וולטאיים ניזונה זמן רב מעודפי תעשיית המוליכים למחצה, ואחוז הצורן שהופנה לייצור תאי שמש היה חלק קטן מכלל כמות המוליכים למחצה המעובדים. שינוי מהותי בתעשיית הצורן החל כבר ב-2006, כאשר התברר הצורך בהקמת מפעלי עיבוד צורן יעודיים ברחבי העולם - זאת על מנת להדביק את הביקוש הגדל לצורן עבור ייצור תאים פוטו-וולטאיים. בשנת 2008 יכולת עיבוד הצורן כבר הדביקה את הביקוש וגרמה למהלך חסר תקדים של צניחת מחירי הצורן הגבישי בשוק. בשנים שלאחר מכן, למעשה, צוואר הבקבוק של המחסור בצורן הוסר, ומאז חלה התייצבות באספקת חומרי הגלם.

בעת ההיא של תחילת המהפך בנושא ייצור הצורן הגבישי החלה גם התכנית הראשונה לפריסת מתקנים פוטו-וולטאיים מחוברי הרשת ברחבי ישראל. ישראל, כארץ שטופת שמש, ממוקמת בתוך "חגורת השמש" - אזור בו ייצור אנרגיה סולארית כדאי במיוחד, ולכן מהווה באופן טבעי יעד מועדף לפריסת הטכנולוגיה הפוטו-וולטאית. יחד עם זאת, ישראל היא מדינה עם עלות חשמל נמוכה ביחס לממוצע במדינות המפותחות והיא ידועה גם בקשיים רגולטוריים ייחודיים. התקנות המערכות הסולאריות בטכנולוגיה פוטו-וולטאית מתנהלות בארץ מאז קיץ 2008, אז אושרה ההחלטה לסבסד את החשמל הסולארי כחלק מהתכנית של משרד התשתיות לשילוב אנרגיות מתחדשות במשק החשמל. החלטת ממשלה מספר 4450 קבעה אז יעד להשגת 10% ייצור חשמל מאנרגיה מתחדשת בשנת 2020, כאשר מעל 70% מתוך מכסה זו תהווה אנרגיה סולארית. כתוצאה מהמהלך הממשלתי החלה התפתחות עסקית משמעותית ולא מעט חברות נוסדו או פנו אל התחום החדש. יותר ממאה חברות התקנת מערכות פוטו-וולטאיות מחוברות רשת פעלו בשוק הישראלי בשנים 2008-2011 בפתרונות "מוכן להפעלה", "הנדסה, רכש והקמה" ואפילו הקמת פרויקטים בשיטת השכרת גגות. 

בתכנית הסבסוד הראשונה בישראל בשיטת "תעריף הזנה" החלה בשנת 2008 והיא כללה הסדרת מתקנים סולאריים פוטו-וולטאיים קטנים לצריכה עצמית והזרמת עודפים לרשת, בגודל של עד 15 קו"ט לפרטיים ועד 50 קו"ט לעסקים, בתעריף של 1.97 ₪ לקוט"ש. בשנת 2009 יושם המשך לתכנית הסבסוד - הסדרת מתקנים סולאריים בינוניים, ובמסגרתה הקמה של מתקנים בגודל של עד 12 מו"ט,  המתחברים לרשת החלוקה של חברת החשמל בתעריף של 1.49 ₪ לקוט"ש. מאז הסדרות ראשוניות אלה נוספה גם מכסה למתקנים סולאריים גדולים (שדות סולאריים של 12 עד 60 מו"ט) ועוד חמש הסדרות המשך למתקנים פוטו-וולטאיים קטנים, כאשר כיום אנו נמצאים במה שמכונה "הסדרה שישית".

יחד עם פתרון בעיית צוואר הבקבוק באספקת הצורן הגבישי התרחש בשוק הפאנלים הפוטו-וולטאיים העולמי אירוע דרמטי ובלתי צפוי - קריסת מחירי התאים והפאנלים הפוטו-וולטאיים. אותה עת, באו גם שכלולים ביעילות היצור, שאיפשרו אף את המשך ההפחתה בכמויות חומרי הגלם ליחידת אנרגיה והפחתת עלויות בהתאם. יחד עם זינוק בהיצע המוצרים הסולאריים, הדבר כאמור גרם לקריסת מחירים בין השנים 2012-14 - תקופה שמכונה "תקופת הקונסולידציה". בתקופה זו, מרכז הכובד של ייצור הפאנלים הסולאריים עבר למזרח אסיה, והיינו עדים לסגירה של חלק מהותי של יצרני תאים ומודולים סולאריים - כן יצרנים מערביים וכן האסיאתים. אפשר לציין למשל את פשיטת הרגל של SunTech הסינית, שהייתה בזמנו היצרנית הגדולה ביותר בתחום והתדרדרה משמעותית בתום המשבר המדובר. כמו כן, במקביל למשבר אצל היצרניות של התאים והפאנלים חלה נהירה לטכנולוגיות משלימות, כגון התקני מקסום הספק (קצירה מבוזרת), ממירי מיקרו, אפליקציות ניטור ועוד. חלק מהטכנולוגיות הללו הצליחו להכנס בהצלחה לשוק החפץ ביתרון יחסי. צניחת המחירים בשוק הפאנלים הפוטו-וולטאיים גרמה גם לאפקט דומינו בתחום הסובסידיות - ממשלות רבות הורידו ואף ביטלו את התעריפים הנדיבים בראותם את צניחת המחירים, והסקטור שהתבסס על תמיכה ממשלתית נקלע למשבר חמור. המשבר הזה לא פסח על ישראל, ובתקופה זו נסגרו גם רוב חברות האנרגיה הקבלניות שקמו בישראל קודם לכן. נכון להיום, נשארו לפעול רק בודדות מבין החברות הקטנות וכעשרים מהחברות היותר גדולות ומבוססות. יש לציין, שישראל אומנם איחרה ביחס לרוב המדינות המפותחות בהשקת תכניות הסובסידיות לחשמל סולארי, והרבה ביקורת נאמרה בנושא בזמנו, אך לימים התברר שהאיחור גם חסך למשק סכומי כסף לא מבוטלים על סובסידיות (שכיום כבר הנן מיותרות לחלוטין).

איור 1. קצב חיבור מתקנים פוטו-וולטאיים לרשת החשמל בישראל (מו"ט שיא) לאורך השנים 2008-2014.

למרות המשבר בשוק הסולארי כאמור, לאחרונה היינו עדים לתחילתה של עידן חדש בתעשייה המכונה "גריד פאריטי", כאשר מבחינת עלויות ייצור מתקני הפקת חשמל בטכנולוגיה פוטו-וולטאית בעצם כבר יכולים להתחרות באמצעי ייצור חשמל קונבנציונליים. תחרות זו - היא כמובן חלקית בלבד בשלב זה, ולמעשה הינה פונקציה של עלויות התקנה, מיקום מערכת סולארית ביחס לחגורת השמש וכמובן עלויות החשמל האלטרנטיביים (לרוב מחיר החשמל ברשת המקומית). בישראל, מצד אחד ישנו שטף גבוה במיוחד של אנרגיה סולארית, אך מן הצד השני מחיר החשמל צפוי להוזלה עקב כניסה מאסיבית של הגז הטבעי למטרות ייצור חשמל, כך שהתחרות בין חשמל ממקורות קונבנציונליים לבין החשמל הסולארי צפויה להיות צמודה בשנים הקרובות. כבר משנת 2013 מופעלת בישראל תכנית המכונה "מונה נטו", אשר מאפשרת ליצרנים קטנים לייצר חשמל סולארי לשימוש עצמי ולהזדכות מול חברת החשמל על עודפים - וזוהי סנונית ראשונה לגריד פאריטי בארץ, על אף שההצלחה של התכנית לא הייתה גדולה (27% מהמכסה נוצלה מאז ההשקה בשנת 2013 ועד היום). עדות נוספת לתחולת גריד פאריטי בישראל ניתן למצוא בעלויות מכרזים של פרוייקטים סולאריים גדולים בישראל; כך, למשל במכרז למתקן פוטו-וולטאי של 30 מו"ט באשלים נבחר זכיין שהסכים לתעריף של 53.65 אגורות לקוט"ש עוד בשנת 2012.

עם כל האתגרים, השוק הסולארי בישראל הגיע לידי התקנת מערכות פוטו-וולטאיות מחוברות רשת בנפח כולל של כ-500 מו"ט נכון לסוף 2014. זאת מתוך 1266 מו"ט של מכסות סולאריות בסך הכל, כאשר מעל 600 מו"ט עדיין נמצאים בשלבי תכנון והקמה. באוקטובר אשתקד, הממשלה אישרה הקצאה של 540 מו"ט כמכסות נוספות לייצור חשמל בטכנולוגיה פוטו-וולטאית בישראל. 180 מו"ט מההקצאה הסולארית האחרונה באו כמכסה נוספת, והיתר כהסטת מכסות מתחומי סולארי תרמי, אנרגיית הרוח, הביוגז והביומסה, שנחלו הצלחה מסחרית מועטה בישראל. הקצאה חדשה זו תחולק למתקנים סולאריים קטנים ושדות סולאריים ספציפיים. עם השלמת הקמתם של כלל המתקנים המתוכננים בעת זו בטכנולוגיות מתחדשות ובתוספת מכסות חדשות, ישראל צפויה להגיע ל-5% תפוקת חשמל ממקורות מתחדשים לקראת שנת 2017, איחור של שלוש שנים לעומת המתווה המקורי. המגמה המסתמנת של מתן עדיפות לטכנולוגיה פוטו-וולטאית תסייע להגיע לפי ההערכה אחרונה של משרד האנרגיה להשגת 8% תפוקת חשמל ממקורות מתחדשים בשנת 2020.

מגמת המשך התפתחותו של השוק הסולארי בישראל היא כמובן פונקציה מורכבת, התלויה בעלות-יעילות עתידית של המתקנים כנגזרת מעלויות הציוד וההקמה, בהתפתחות טכנולוגיות משלימות של ניהול רשת חכמה ואגירת אנרגיה, ברגולציה בישראל ובאופן מעט מפתיע תלויה גם בעקיפין בסקטור הגז הטבעי, שלמעשה מהווה מתחרה ישיר במקטע של ייצור חשמל מבחינת עלויות, עצמאות אנרגטית והיבט סביבתי. בתקופה הקרובה, אם כן, נהיה כנראה עדים לתחרות הולכת ומתגברת בין סקטור הגז הטבעי שנמצא בידי חברת החשמל והיצרנים הפרטיים הגדולים לבין סקטור האנרגיה הסולארית המבוזר על השליטה העתידית במשק החשמל בישראל. ניתן גם לומר שטכנולוגיות אחרות, כמו אנרגיית רוח וטכנולוגיה סולארית תרמית, לא ישחקו תפקיד משמעותי במאבק זה, ואילו הטכנולוגיות הקונבנציונליות של חברת החשמל יחוו דעיכה איטית, אך בלתי נמנעת. גם לרגולציה יהיה תפקיד חשוב באיפיון מבנה משק האנרגיה בישראל, אם כי נכון להיום אין עדיין מתווה ממשלתי למשק החשמל אל מעבר לשנת 2020. הפוטנציאל בסקטור האנרגיה הסולארית בישראל הוא מאוד משמעותי. לא מדובר בצמיחה של כמה עשרות אחוזים כמו שצפוי בסקטור הגז, אלא תעשייה שעשויה לצמוח פי עשרה ואף יותר בשנים הקרובות. כיום האנרגיה הסולארית מספקת מעט יותר מ - 2% מהחשמל בישראל, אך סביר כי נראה עליה באספקת חשמל ממתקנים פוטו-וולטאיים לכדי 20-30% מסך החשמל במשק כבר בעשור הבא. המשרד לאיכות הסביבה למשל פרסם לא מזמן יעד של 22% אספקת חשמל ממקורות מתחדשים בשנת 2030 (ורב האנרגיה ממקורות מתחדשים בארצינו היא כמובן סולארית), במקביל להערכת המשרד שתהינה הפחתה של 18% בצריכת החשמל בעקבות התייעלות. היעד של המשרד לאיכות הסביבה לא מהווה עדיין מדיניות רשמית של משרד התשתיות, אך סביר כי נראה אימוץ של מדיניות דומה בידי כלל גורמי הממשל, לאור ההצלחה הרבה של שילוב אנרגיה מתחדשת ברשתות החשמל של אירופה, יפן וארה"ב.

אם אכן תתרחש עלייה כה דרמטית בתפוקת האנרגיה הסולארית בשנים הקרובות, נהיה עדים לשינוי מהותי במבנה משק החשמל בישראל, בתפקידה של חברת החשמל ובתפקידם של יצרני חשמל פרטיים במשק. שילוב כמויות גדולות של חשמל ממקור סולארי יאיץ גם את שילובן של אמצעי אגירת חשמל וטכנולוגיות רשת חכמה, וכתוצאה תכנון מחדש של נושא ניהול רשת החשמל המרכזית. בנוסף, יש להזכיר גם את האיום המשולב הנשקף מצד הטכנולוגיה הפוטו-וולטאית וטכנולוגית אגירת החשמל על תחום הגנרטורים בחירום ובמידה מסוימת אף על קיומה של רשת חשמל מרכזית בכלל. תסריט קיצוני בטווח הבינוני והארוך אף מדבר על זליגה הולכת ומתגברת של צרכני חשמל מסחריים ופרטיים מרשתות חשמל מרכזיות לכיוון של ייצור וצריכת חשמל מבוססי מיקרו וננוגריד, מה שעלול לערער את מצבן הפיננסי של חברות חשמל מרכזיות, שגם כך סובלות מהתדרדרות מתמשכת ברב הארצות המפותחות, לכדי קריסה טוטאלית. מצבים הפתטיים מתוארים ידרשו הכנה יסודית מצד הרגולטורים, היערכות מחדש מצד יצרני החשמל הפרטיים ולהנעת מיזמים טכנולוגיים, אשר יהוו תחליף למודל רשת החשמל המרכזית של ניקולא טסלה.