יש חדש תחת השמש: מבוא לטכנולוגיות סולאריות

מהי אנרגיה סולארית? אילו טכנולוגיות מאפשרות את השימוש בה? מה הכי טוב בשביל הגג שלך וכיצד כל זה קשור לאפלטון? אנו כאן כדי לענות על כל השאלות.

נתחיל מהמובן מאליו: אנרגיה סולארית היא כל אנרגיה שמקורה בשמש. המונח מגיע מן המילה הלטינית Solaris שמשמעותה "מן השמש". הבעיה היא שזו הגדרה מאוד רחבה, משום שהמקור של כמעט כל אנרגיה שתזהו הוא השמש. הרוח שמניעה טורבינות ומייצרת חשמל היא אנרגיה שנוצרת בשל הפרשי טמפרטורות בכדור הארץ, שנוצרים כמובן על-ידי השמש. מקורם של דלקים מאובנים כמו נפט ופחם הוא בשרידי צמחים ויצורים ימיים בני מיליוני שנים, שעברו תהליכים כימיים טבעיים, שאגרו את האנרגיה שמגיעה מן השמש. גם אנרגיה שמקורה בתנועת המים (אנרגיה הידרואלקטרית) מתאפשרת אודות לשינויי הטמפרטורות של השמש, ולכח המשיכה שלה. בקיצור, אם תתחקו אחר מקורה של כל אנרגיה שתתקלו בה ברחוב, כנראה שתגיעו אל השמש.

זהו לא קורס מבוא לפילוסופיה יוונית, ולכן לא נרחיב על הגותו של אפלטון, אך נציין בקצרה כי לשמש תפקיד משמעותי בתורתו. בין השאר הוא כותב "תאמר, כמדומני, על השמש, שהוא מקנה לדברים הנראים לא את סגולתם זו בלבד: שייראו, – אלא גורם אף להתהוותם וצמיחתם וכלכלתם".[1] האם אפלטון היה למעשה מחלוצי האנרגיה הסולארית? בהחלט ייתכן.

כל הדוגמאות שהוצגו לעיל, מתייחסות לאנרגיה שמופקת מן השמש באופן עקיף. כשאנו מדברים על טכנולוגיות של אנרגיה סולארית, אנו מתייחסים לשיטות שונות שמפיקות אנרגיה באופן ישיר מהשמש. למעשה, ישנן שתי טכנולוגיות מרכזיות להפקת אנרגיה סולארית: אנרגיה תרמו-סולארית, ואנרגיה פוטו-וולטאית.

אנרגיה תרמו-סולארית

שיטה זו מתבססת על קליטת חום השמש, ושימוש בו להפקת אנרגיה. ישנן מספר דרכים לעשות זאת, ואנו נתמקד בשתיים מרכזיות:

  1. ריכוז אנרגיה סולארית (Concentrating Solar Power): בשיטה זו מוצבים רפלקטורים, מעין מראות קעורות גדולות (נקראות גם "הליוסטטים"), המקיפות קולט-שמש מאסיבי ומרכזות אליו את קרינת השמש. זהו בדיוק העיקרון שבבסיס שימוש בזכוכית מגדלת בכדי לרכז את קרינת השמש (נא לא לנסות על נמלים!). קולט-השמש משתמש באנרגיה הסולארית לחימום נוזל (מים, מלח מומס או שמן), שהופך לקיטור, המשמש להנעת גנרטור – ויהי אור.
  • היתרון: הפקת כמות עצומה של אנרגיה, העשויה להגיע ליותר מפי 5 למ"ר בהשוואה לאנרגיה פוטו-וולטאית.[2]
  • החיסרון: מורכב להקמה, יקר, ודורש שטח רב. כלומר: מתאים יותר לשימוש ממשלות וחברות גדולות, ופחות לשימוש פרטי של משקי בית.

הדוגמה הטובה ביותר לחשיבותה של שיטה זו היא פרויקט הקמת תחנות הכח באשלים, שנועד לקרב את ישראל לעמידה ביעדי השימוש באנרגיות מתחדשות (כ-17% עד 2030). רוב תחנות הכח בפרוייקט מתבססות על ריכוז אנרגיה סולארית. כשתיסעו בפעם הבאה בכביש 40, תזהו בקלות את קולט-השמש העצום, שגובהו 240 מטר. הפרוייקט משתמש בשיטת ריכוז אנרגיה סולארית נוספת, המתבססת על שוקת פרבולית במקום מגדל-שמש – עיקרון דומה עם מפרט טכני מעט שונה.

הפרויקט ממחיש את היתרונות של שיטה זו (כושר ייצור של למעלה מ-100 מגה-וואט), אך גם את חסרונותיה: עלות הפרויקט היא מיליארדי דולרים – לא בדיוק השקעה סולידית למשקי בית, והעבודה עליו נמשכה שנים.

  1. חימום סולארי (Solar Heating): בשונה מריכוז אנרגיה סולארית, שיטה זו אינה משתמשת בחום השמש ליצירת חשמל, אלא משתמשת בו ישירות לחימום, מה שחוסך את השימוש הכללי בחשמל. הדוגמה המתבקשת היא דוד השמש – פיתוח ישראלי מבריק של פרופסור צבי תבור, שהשתמש בקולטי שמש בכדי להפוך אנרגיה סולארית לאנרגיית חום. המצאה זו הייתה כה יעילה, שכיום על פי החוק, מרבית הבתים החדשים בישראל נדרשים להיבנות עם קולטי שמש.
  • היתרון: נגיש ופשוט להתקנה
  • החיסרון: אינו מצמצם באופן משמעותי את התלות בחשמל.

אנרגיה פוטו-וולטאית

הטכנולוגיה הנפוצה ביותר להמרת אנרגיה, המתבססת על תאי סיליקון מיוחדים, אשר ממירים את אור השמש לחשמל. כשאנשים מדברים על מערכת סולארית ביתית או על פאנלים סולאריים ביתיים, הם מתכוונים לאנרגיה פוטו-וולטאית. שמה מגיע מן המילה היוונית "פוטו" שמשמעותה "אור". העיקרון המדעי שבבסיסה התגלה בשנת 1839, על-ידי מדען צרפתי צעיר (בן 19) ששמו אדמונד בקרל. עם זאת, רק בשנות ה-50 של המאה ה-20 גושר הפער שבין התיאוריה למציאות, והפאנלים הסולאריים הראשונים החלו לייצר חשמל. מאז, הפאנלים הסולאריים עברו דרך ארוכה, והפכו לטכנולוגיה הנפוצה והיעילה ביותר להמרה ישירה של אנרגיה מן השמש.

איך זה עובד?

הפאנלים הסולאריים מורכבים מתאים פוטו-וולטאים, העשויים משבבי סיליקון מיוחדים המשמשים כמוליכים חשמליים. לאורך היום, התאים קולטים את אור השמש, וממירים אותו לזרם חשמלי ישיר (DC). הזרם הישיר מומר לזרם חילופין (AC), באמצעות ממיר סולארי. זרם החלופין מועבר באמצעות כבל חשמל לארון החשמל הביתי, ומשם הלאה אל מכשירי הבית. כל זה כמובן על רגל אחת. בתהליך משתתפים שחקנים מגוונים וחשובים כמו פרוטונים, אלקטרונים ומעגלים-חשמליים. עוררנו את סקרנותכם? כאן תוכלו ללמוד עוד יותר על התהליך הקסום והפשוט הזה, שיעלים לכן את חשבון החשמל וישמור על כדור הארץ.

  • היתרון: נגיש ופשוט להתקנה, ניתן לרכישה במגוון מסלולים, ומצמצם כמעט לחלוטין את התלות בחשמל.
  • החיסרון: תכל'ס, קשה לנו לחשוב על אחד.

עוד על יתרונות המערכת הסולארית, לצד חששות אפשריים, ניתן לקרוא כאן.

לסיכום, טכנולוגיות האנרגיה הסולארית הקיימות קריטיות לשמירה על כדור הארץ, ולהפסקת השימוש במשאבי אנרגיה סופיים. ניתן לומר כי למעשה הן מאפשרות לנו גם לאכול את העוגה, וגם להשאיר אותה שלמה (או לפחות לאפות את העוגה עם חשמל נקי וחינמי). מבין הטכנולוגיות הקיימות, מערכת סולארית ביתית על שלל יתרונותיה היא הטכנולוגיה המושלמת בשבילכם.  היא מאפשרת לכם בזמן קצר ובהשקעה ראשונית נמוכה להצטרף למהפכת האנרגיה, ועל הדרך ליהנות מתשואה דו-ספרתית על כספכם, ולהפוך את העולם לירוק יותר.

אז למה אתם מחכים? הצטרפו אלינו.

 

[1] כתבי אפלטון, ספר שני, בתרגום י' ליבס, עמ' 416.

[2] Michael  Mendelsohn,  Travis Lowder and Brendan Canacan, "Utility-Scale Concentrating Solar Power and PV  Projects: A Technology and Market Overview, NREL, 2012.

השארת תגובה