מבוא לטכנולוגיות סולאריות

בעבר הפקת חשמל מהשמש הייתה נחשבת קסם של ממש, אבל היום אנחנו יודעים אילו תהליכים מעורבים בפעולה הזאת. בואו נדבר על הבסיס שכדאי לכם לדעת על הדרך להפיק חשמל בתהליך ידידותי לסביבה: מהי אנרגיה מהשמש, איך ממירים אותה ועוד שימושים נפוצים לאור והחום שהשמש מעניקה לנו. מבוא לטכנולוגיות סולאריות – בואו נתחיל.

קצת על אנרגיה מהשמש

האנרגיה מהשמש (או אנרגיה סולארית) שאנחנו נדבר עליה היא כל מה שהשמש שולחת אלינו לכדור הארץ – קרני אור וחום. עם זאת, ההגדרה הזו די רחבה ואם מתעמקים קצת במדע מגלים שיש לה עוד ביטויים רבים:

• הרוח המניעה טורבינות ומייצרת חשמל היא אנרגיה מהשמש – הפרשי הטמפרטורות באזורים שונים בכדור הארץ הם אלו היוצרים משבי רוח, והטמפרטורה כמובן תלויה בשמש
• מקורם של דלקים מאובנים כמו נפט ופחם הוא בשרידי צמחים ויצורים ימיים בני מיליוני שנים, שעברו תהליכים כימיים טבעיים ואגרו את האנרגיה המגיעה מן השמש
• גם אנרגיה שמקורה בתנועת המים (אנרגיה הידרואלקטרית) מתאפשרת הודות לשינויי הטמפרטורות של השמש ולכוח המשיכה שלה

בקיצור, אם תתחקו אחר מקורה של כל אנרגיה שתיתקלו בה ברחוב, כנראה תגיעו חזרה אל השמש.

טכנולוגיות סולאריות: נעים להכיר

כל הדוגמאות שציינו קודם לכן הן אנרגיה המופקת מן השמש באופן עקיף. כשאנו מדברים על טכנולוגיות של אנרגיה סולארית, אנו מדברים על שיטות שונות המפיקות אנרגיה באופן ישיר מהשמש. למעשה, יש שתי טכנולוגיות מרכזיות להפקת אנרגיה סולארית: אנרגיה תרמו-סולארית ואנרגיה פוטו-וולטאית, אז בואו נסביר עליהן בהרחבה לצד עוד כמה טכנולוגיות שימושיות לניצול כוח השמש הרב שאנחנו נהנים ממנו מדי יום בכל העולם.

המרת אנרגיה באמצעות אנרגיה פוטו-וולטאית

הטכנולוגיה הזו היא הנפוצה ביותר להמרת אנרגיה, והיא מתבססת 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.

• היתרון – נגיש ופשוט להתקנה, ניתן לרכישה במגוון מסלולים, ומצמצם כמעט לחלוטין את התלות בחשמל
• החיסרון – בכנות, קשה לנו לחשוב על אחד 🙂

קליטת חום בעזרת אנרגיה תרמו-סולארית

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

1. ריכוז אנרגיה סולארית (Concentrating Solar Power) – בשיטה זו מוצבים רפלקטורים, מעין מראות קעורות גדולות (הנקראות גם הליוסטטים), המקיפות קולט-שמש עצום ומרכזות אליו את קרינת השמש. זהו אותו העיקרון שבבסיס השימוש בזכוכית מגדלת כדי לרכז את קרינת השמש לנקודה אחת (נא לא לנסות על נמלים!). קולט-השמש משתמש באנרגיה הסולארית לחימום נוזל (מים, מלח מומס או שמן), והוא בתורו הופך לקיטור המשמש להנעת גנרטור – ויהי אור

• היתרון – הפקת כמות עצומה של אנרגיה, העשויה להגיע ליותר מפי 5 למ”ר בהשוואה לאנרגיה פוטו-וולטאית
• החיסרון – מנגנון מורכב להקמה, יקר ודורש שטח רב. כלומר הוא מתאים יותר לשימוש של ממשלות וחברות גדולות, ופחות לשימוש פרטי של משקי בית.

הדוגמה הטובה ביותר לחשיבותה של שיטה זו היא פרויקט הקמת תחנות הכוח באשלים, שנועד לקרב את ישראל לעמידה ביעדי השימוש באנרגיות מתחדשות (כ-17% עד 2030). רוב תחנות הכוח בפרויקט מתבססות על ריכוז אנרגיה סולארית. בפעם הבאה שתסעו בכביש 40, תזהו בקלות את קולט-השמש העצום, שגובהו 240 מטר. הפרויקט משתמש בשיטת ריכוז אנרגיה סולארית נוספת, המתבססת על שוקת פרבולית במקום מגדל-שמש – עיקרון דומה עם מפרט טכני שונה מעט. הפרויקט ממחיש את היתרונות של שיטה זו (כושר ייצור של יותר 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. השימוש העיקרי של השיטה הזו הוא חימום של החללים הפנימיים בבתים ובבניינים, אך יש לה עוד שימושים רבים

• היתרון – נגיש, פשוט להתקנה ומצמצם כמעט לחלוטין את התלות בחשמל
• החיסרון – אינו מצמצם באופן מהותי את התלות בחשמל

אגירת אנרגיה

אחת הטכנולוגיות הקיימות בשוק היא כזו האוגרת את האנרגיה לשימוש עתידי, לעומת הטכנולוגיות האחרות אשר אינן מסוגלות לאגור את האנרגיה לזמן רב. במערכת להפקת אנרגיה יש גם מערכת לאגירת אנרגיה וגיבוי שלה באמצעות סוללות. המערכת משתמשת בממיר היברידי המשנה את הזרם הישיר המופק מהשמש לזרם חילופין שאפשר להשתמש בו בבית ובעסק, וממשק הגיבוי מקשר בין הסוללות לממיר כדי לאפשר זרימת חשמל לשימוש מיידי וגם אגירה של עודפים לשימוש בעתיד.

חימום מים סולארי

חימום מים סולארי הוא שיטה קלאסית לניצול החום והאור מהשמש. הדוגמה המתבקשת היא דוד השמש – פיתוח ישראלי מבריק של פרופסור צבי תבור, שהשתמש בקולטי שמש כדי להפוך אנרגיה סולארית לאנרגיית חום. המצאה זו הייתה כה יעילה, שכיום על פי החוק מרבית הבתים החדשים בישראל נדרשים להיבנות עם קולטי שמש.

איך מערכת סולארית עובדת?

הפאנלים הסולאריים שבמערכת סולארית מורכבים מתאים פוטו-וולטאיים, 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 החילופין מועבר באמצעות כבל חשמל לארון החשמל הביתי, ומשם הלאה אל מכשירי הבית. בתהליך משתתפים שחקנים מגוונים וחשובים כמו פרוטונים, אלקטרונים ומעגלים-חשמליים, אבל התחום רחב ומורכב ואנחנו צריכים עוד קצת זמן (ואולי גם טוש מחיק ולוח) כדי להסביר את הכול לעומק. עוררנו את סקרנותכם? לחצו כאן כדי ללמוד עוד יותר על התהליך הקסום והפשוט הזה שיקטין את חשבון החשמל שלכם ויעזור לשמור על כדור הארץ, ואתם יכולים ללחוץ כאן כדי ללמוד עוד על יתרונות המערכת הסולארית לצד חששות אפשריים.

לסיכום

טכנולוגיות האנרגיה הסולארית הקיימות הן קריטיות לשמירה על כדור הארץ ולהפסקת השימוש במשאבי אנרגיה מתכלים. אפשר לומר שהן מאפשרות לנו 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.