קיימות באמנות קיימות באדריכלות
צור קשר פורום שאלון משוב
 
עמלנט משרד החינוך, המנהל למדע וטכנולוגיה, המגמה להנדסה, בניה ואדריכלות
 על האתרסביבהכלכלהחברהחומרים ותהליכיםמונחיםלאתר המגמה
 
תולדות העיצוב המקיים
תוצרים
 מוצרים
 מתקנים
 סביבות
מעצבים
מוסדות, ארגונים ותערוכות
מקורות וקישורים
 
קולטי שמש ומתקנים להפקת אנרגיית שמש

השמש היא מקור האנרגיה העיקרי, הזמין והשופע ביותר המגיע לכדור הארץ. השמש היא גם מקור החיים החשוב ביותר. ללא האנרגיה שלה תצנח הטמפרטורה בכדור הארץ לאפס מעלות ומקורות המים יקפאו. השמש גם מספקת את רוב האנרגיה לתהליכים המקיימים את הביוספרה, על ידי תהליכי הפוטוסינתזה המתקיימים בצמחים ובאצות, שהם מקור האנרגיה הראשוני לכלל החיים (מלבד סוגי חיידקים שונים החיים בארובות גופרית חמות). באמצעות הפוטוסינתזה נכנסת אנרגיה אלקטרומגנטית- אנאורגנית לביוספרה והופכת לאנרגיה כימית-אורגנית. 
אנרגיית השמש מגיעה לכדור הארץ  בעוצמה שהיא הרבה מעבר לצרכים של המין האנושי. 


השמש בגלויית מרב מארה"ב שנת 2000
מקור: ויקיפדיה

את אנרגיית השמש ניתן לנצל באופנים שונים, החל מהשימוש הבסיסי בחום השמש לייבוש ואידוי וכלה בטכניקות של ניצול החום ליצירת חשמל ואנרגיה על ידי שימוש בתאים פוטואלקטריים. הבעיה המרכזית המונעת שימוש נרחב באנרגיית שמש לייצור חשמל היא שיעור הניצולת הנמוך של התאים הפוטואלקטריים, המאפשר המרת 15% בלבד מהאנרגיה הסולרית לחשמל. בעיות  נוספות היא אי-סדירות של אור השמש כתוצאה מעננות וחילופי עונות וזמינות של האור באזורים מעוטי שמש.

בשנים האחרונות, כשהדיון בנושא התחממות כדור הארץ ואפקט החממה הפך לנושא "חם" ועומד על סדר היום של רוב מדינות העולם, הולכת וגוברת הדרישה לניצול מרבי של אנרגיית השמש כתחליף לייצור החשמל המבוסס על מחצבים מתכלים כמו מזוט, פחם או גז.

הדרך המקובלת ביותר כיום לשימוש באנרגיית השמש הם דודי שמש, שהם מתקנים לחימום מים. דוד השמש מורכב ממכל האוגר מים חמים הנוצרים כתוצאה מקולטים פוטואלקטריים המחוברים אליו. לדוד השמש בידוד תרמי השומר על חום המים, מנגנון חשמלי המגן עליו מטמפרטורות גבוהות מידי ומנגנונים נוספים להגנה מפגעי אבנית. בישראל רבת השמש כ- 95% מבתי האב מצוידים בדודי שמש החוסכים בין 3% ל- 4% מתצרוכת החשמל הביתית.
אמצעי נוסף הוא תנורי שמש או כיריים, (Solar cookers, solar ovens) - מתקנים העושים שימוש בקולטים כדי להמיר את אור השמש לחום המשמש לאפייה, לבישול, לייבוש ולפסטור. תנורי שמש מקטינים את ההוצאות על אנרגיות אחרות, כמו חשמל וגז, ואת הביקוש לעץ כחומר גלם למדורות (השימוש של עץ כדלק לצרכים שונים גדול בהרבה מהשימוש בו לשם ייצור נייר). תנורי שמש גם מקטינים את כמות העשן, ובכך משפרים את איכות האוויר המקומית. העיצובים הנפוצים ביותר הם תנורי קופסה, תנורים מרכזיים ותנורי פאנלים. המתקנים הללו מופצים בקרב האוכלוסיות העניות של העולם השלישי באמצעות גופים בינלאומיים ועמותות שלא למטרות רווח, כגון:
 Solar cooker International, אבל הם נפוצים גם בערוצים מסחריים בקרב אוכלוסיות בעולם המתועש באזורים שטופי שמש, כמו אריזונה וקליפורניה, לשימוש ביתי בחצר או לפיקניקים.

התא הפוטו-וולטאי הוא היחידה הבסיסית המאפשרת את המרת אנרגיית השמש לחשמל, המבוססת על התהליך הפוטו-אלקטרי. התא הנפוץ ביותר בנוי משתי שכבות סיליקון, שכל אחת מהן מכילה יסוד כימי נוסף (כמו ארסן ובורון), היוצרים משיכה כימית ביניהם. כאשר האור פוגע בתא נוצרת תנועת אלקטרונים מהשכבה התחתונה אל העליונה. תנועה זו ניתנת לניצול כמוליך חשמלי. כאמור, הניצולת של תא כזה נמוכה יחסית (כ- 15%) והעלות שלו יקרה. כיום עובדים על פיתוח תאים סולריים זעירים וזולים יותר.
פיתוחים חדשים אחרים מתמקדים בשיטת המרה שונה המכונה "אנרגיה תרמו-סולרית". בשיטה זו ממירים קרינת שמש לחום לשם ייצור קיטור המניע טורבינות חשמליות. בשנת 2003 הוקם בקליפורניה מגדל תרמו-סולרי המכונה "סולר 2" בעל תפוקה של 10 מגה-וואט. בשנות השמונים של המאה ה- 20 נבנה מגדל דומה במכון וייצמן ברחובות, והוא מכונה "מגדל השמש". סביב המגדל  64 מראות המרכזות את אור השמש אל עבר המגדל, שמחמם אוויר דחוס המניע בתורו טורבינת חשמל. 
על בסיס מגדל השמש, בשנים האחרונות פיתחו מדענים במכון וייצמן קולט שמש מהפכני המאפשר להגיע לטמפרטורות גבוהות של כ- 1200 מעלות ויותר בלחץ של 25 אטמוספרות. יתרונו של הפיתוח הישראלי על פני פיתוחים דומים בעולם הוא בשני מרכיבים: "הקיפוד" והחלון. הקיפוד הוא לוח קרמיקה שעליו מותקנים מעין קוצים קרמיים הבולעים את קרינת השמש. המבנה "הקיפודי" מגדיל מאוד את ניצולת שטח הפנים של הקולט. החלון מותקן בפתח הקולט והוא בצורת חרוט, צורה המאפשרת לו לעמוד בלחצים פנימיים גדולים.
 
השלב הבא של הפרויקט הוא הקמת דגם גדול של הקולט, והוא נעשה בשיתוף חברות מישראל ("אורמת טורבינות" ו"רותם תעשיות"), חברות אמריקניות ("מקדונאלד גלאס") ובתמיכת משרדי המסחר והתעשייה של ישראל ושל ארצות הברית. לפי התכנית, בתוך ארבע שנים תיבנה תחנת כוח ניסיונית המבוססת על הטכנולוגיה של "מגדל השמש" במכון וייצמן, שתספק צריכת חשמל של מפעל, קניון או שכונת מגורים.
כיווני מחקר עתידיים בתחום הם שימוש באנרגיית שמש לשם הפקת דלקים קלים ועתירי אנרגיה מחומרי גלם כגון שאריות זיקוק נפט, פחם ופסולת עירונית וחקלאית וכן שימוש באנרגיית שמש לשם פירוק תחמוצות של מתכות (חלודה) ואגירת המתכות כך שניתן יהיה להפיק מהן דלק מימני או חשמל באמצעות מערכת המכונה "תא-דלק". על פי שיטה זו, בעתיד נוכל לעצור בתחנת דלק ולהחליף מכל מלא בגרגירי חלודה במכל המלא בגרגרי אבץ או ברזל. המכל שנשאיר יעבור למיחזור.   

 


מקורות וקישורים

  לייבוביץ'-דר, ש., "מי ניתק את הזרם לכפר הסולרי", NRG מעריב, ירוק נושך
  פוטנציאל החיסכון ביישום אנרגיות סולריות בישראל – המשרד להגנת הסביבה.
  "מקורות אנרגיה בלתי מתכלים ועתידיים", הספרייה הוירטואלית של מט"ח
  "ייצור חשמל וקירור בעזרת השמש", אתר שמש נצחית בראש ירוק, 20/09/07
  אקו-ויקיפדיה, הערך אנרגיה סולרית
 ויקיפדיה, הערך מגדל שמש
 ד"ר קרייבוס, א., "שמש שימושית", הספרייה הוירטואלית של מט"ח
ביטאון  פורום המשק והכלכלה למען איכות הסביבה, אפריל-מאי 1997, גיליון 13
 כיריים ונורים סולריים
יולי 2009 - פרויקט האנרגיה הסולארית הגדול בעולם יוצא לדרך, דה מרקר

 


גרסא להדפסה