טכניקות שונות להפקת אנרגיה מן השמש

דרכים ושיטות להפקת אנרגיה מן השמש

רתימת אנרגית השמש לצרכי האדם היא טכניקה עתיקת יומין. כבר לפני אלפי שנים נוצלה אנרגית השמש, באמצעות ארובות סולאריות, לשם אוורור והורדת הטמפרטורה באזורים חמים כמו אגן הים התיכון (כולל בארץ ישראל הקדומה ובאימפריה הרומית). כיום, במסגרת המאמצים למצוא ולנצל מקורות אנרגיה חלופיים ו"ירוקים" (ידידותיים לסביבה) חלו בתחום התפתחויות טכנולוגיות מרחיקות לכת.

באופן כללי קיימות שתי שיטות לרתימת אנרגית השמש. אחת מהן היא השיטה התרמו סולארית, בה נעשה שימוש בקרינת השמש לצורך אגירת חום והשיטה השנייה היא השיטה הפוטו וולטאית, בה נעשה שימוש בתאים ההופכים את אור השמש למתח חשמלי.

מערכת צלחת

מערכת צלחת היא שיטה תרמו - סולארית בה נעשה שימוש במשטח מבריק וקעור (דמוי צלחת) הפועל לרכז קרני שמש לנקודה אחת הנמצאת מעל לצלחת. על פי רוב, הצלחת ניתנת על לכיוונון לשם מעקב אחר תנועת השמש ברקיע.

החום המרוכז נאגר בקולטן תרמי - חומר בעל תכונות רצויות המתחמם וצובר אנרגיה, בה ניתן להשתמש לצורך הפקת תנועה, הפעלה ישירה של מכשיר או הפעלת מחולל זרם ליצירת חשמל לצריכה כללית. ברוב המקרים של מערכת צלחת, נעשה שימוש במנוע סטרלינג המבוסס על הנעת בוכנה בעזרת התרחבות והתכווצות של אוויר כתוצאה מהפרשי טמפרטורה.

בריכת שמש

בריכת שמש היא מקווה מים גדול יחסית, המכיל ריכוז גבוה של מלחים (ים המלח הוא מקום מצויין עבורן ובריכות שמש אכן מופעלות שם). ככל שמעמיקים בבריכה - כך עולה ריכוז המלח. היות וקרני השמש מחממות טוב יותר מים בעלי ריכוז מלחים גבוה, השכבה התחתונה מתחממת מאד בעוד השכבות העליונות יותר מונעות את בריחת החום. המים בשכבה התחתונה מגיעים לרתיחה ומועברים למעשה בצינורות, המנוצלים ליצירת קיטור והנעת טורבינות ליצירת חשמל.

בגלל נפח המים הגדול בבריכות וריכוז המלח הגבוה בשכבות המים התחתונות (ההופכות את המים ל"שמנוניים" ממש) החום הנצבר במשך היום נשמר היטב גם לאורך הלילה. כפועל יוצא מכך, בשיטה זו יש התמודדות מוצלחת עם החיסרון העיקרי לשימוש באנרגית השמש - דהיינו, הגבלת השעות שבהן ניתן לנצל את האנרגיה (למשל במקרים של לילה / מזג אוויר סגרירי / שמש חלשה בחורף).

מגדל שמש

במגדל שמש מותקנות מראות, הנקראות הליוסטטים, אשר עוקבות כל אחת בנפרד אחר מסלול השמש. קרינת השמש מרוכזת אל קולטן חום, בו מחומם שמן סינטטי המגיע לטמפרטורה של כ-400 מעלות צלזיוס. באמצעות חום זה, מייצרים קיטור המניע טורבינות להפקת חשמל. מגדל שמש פעיל הוקם במכון וייצמן למדע לצרכי ניסוי.

ארובת שרב

ארובת שרב הינה אחד האמצעים התרמו סולאריים העתיקים ביותר לרתימת אנרגית השמש. באמצעות ארובה סולארית (או ארובת שרב) האוויר מחומם בצורה פאסיבית (פשוט על ידי קליטת החום הכבד שסורר בחוץ) ומוסע אנכית מעלה דרך ארובה, תוך שהוא יוצר שאיבה של אוויר קריר יחסית מאזורים מוצלים.

ייצור חשמל באמצעים תאים פוטו אלקטריים

אור שמש הפוגע בתא פוטו אלקטרי יוצר מתח חשמלי. התאים יוצרי החשמל, פועלים תוך כדי ניצול האפקט הפוטו וולטאי. כל תא יכול לספק אמנם כמות זעירה של זרם חשמלי, אך מערך הכולל משטח נרחב של תאים כאלה - יכול להפוך למקור נכבד של אנרגיה חשמלית.

בישראל נעשה שימוש נרחב בקולטים סולאריים ודודי מים ("דודי שמש") לצורך אספקת מים חמים למשקי בית. במכון וייצמן למדע, נערך כבר שנים מחקר ופיתוח של שיטות לרתימת אנרגיה סולארית ובשדה בוקר שבנגב הוקם מרכז לניצול אנרגית שמש.

בנוסף לשיטות שצויינו מעלה, קיימות שיטות נוספות לניצול אנרגית השמש, כגון תנור שמש (שיטה עתיקת יומין בדומה לארובת שרב) המשמש לבישול, חימום ופיסטור וכן כבשן שמש המשמש להתכת מתכות.