מקורות אנרגיה

אנרגיה סולארית

א. מקור אנרגיה מתכלה או לא מתכלה

אנרגיה סולארית היא אנרגיה חלופית ומתחדשת הנוצרת על ידי קרינת השמש. קרינת השמש היא, למעשה, אחד ממקורות החיים החשובים ביותר על פני כדור הארץ. שמש היא מקור האנרגיה הכי גדול ביקום ממה שידוע לנו כיום, השמש אינה מתכלה אבל יש מדענים הסבורים שהשמש תתפוצץ בעוד כמיליארדי שנים, אבל היום היא נחשבת לאנרגיה שאינה מתכלה. קרינת השמש המגיעה אל כדור הארץ היא בעוצמה רבה ביותר והיא מקור עשיר ובלתי נדלה של אנרגיה, שרק חלק קטן ממנו מנוצל היום.

ב. שיטת הפקת אנרגיה

לאורך השנים התפתחו שיטות שונות לניצול ולשימוש באנרגיה הבלתי מתכלה של קרינת השמש. באמצעות מתקני אנרגיה סולארית שונים ניתן היום להמיר את קרינת השמש ולהפוך אותה לחשמל או לחום. השימוש באנרגית השמש גובר בשנים האחרונות, ולכן צריכים גם להפיק ממנה אנרגיה בכמויות גדולות יותר.

שיטה להפקת אנרגיה היא דרך תאי שמש שפעילותם מבוססת על תוכנתן של מתכות מסוגים שונים לשחרר אלקטרונים כשהאור פוגע בהן. בתא השמש נבלע אור ובה בעת גדלה האנרגיה של המטענים החשמליים. תא השמש ממיר את אנרגית הקרינה לאנרגיה חשמלית וכיום משתמשים באנרגית השמש להפקת חשמל (להפעלת מכוניות במקום דלק אשר מוריד את רמת הזיהום, חימום מים בדוד בעזרתה ועוד). וניתן למצוא את הלוח הסולארי במקומות כמו גגות בתים, עמודי תאורה ומכשירים אלקטרוניים.

ג. מבנה

תא סולארי מודרני הוא דיודה שמייצרת זרם חשמלי כאשר פוגע בה אור. במקרה הפשוט ביותר, דיודה מורכבת משתי שכבות של מוליכים למחצה לדוגמה - שתי שכבות של סיליקון מאולח.

כאשר גלים אלקטרומגנטיים נקלטים בשכבה העליונה, האלקטרונים בעלי האנרגיה הגבוהה ביותר משתחררים ממשיכת הגרעין והופכים חופשיים, ונעים מהשכבה העליונה דרך המוליך אל השכבה התחתונה. הדבר יוצר יונים חיוביים (קיטיונים) בשכבה העליונה ויונים שליליים (אניונים) בשכבה התחתונה. המשיכה בין היונים גורמת למסירת אלקטרונים מהשכבה התחתונה אל העליונה, ולכן ליצירת זרם.

ד. יתרונות לחברה האנושית ופגיעות בסביבה ומחיר סביבתי

קרינת השמש מחממת את כדור הארץ, מאפשרת את קיום החי והצומח על פניו, וגורמות לתופעות אטמוספריות כגון רוחות, עננים, מחזור המים וכיוצא באלה חלק מקרינת השמש נקלטים על ידי הכלורופיל שבצמחים הירוקים בתהליך המכונה פוטוסינתזה בתהליך זה נפלט פחמן מחלקי הצמח הירוקים באמצעות תגובות כימיות המתרחשות בעזרת אור השמש וכך נוצר החמצן.

יתרונות:

1. הפקת אנרגיה מקרינת השמש וממקורות שאינם מתכלים היא ידידותית לסביבה ואיננה כרוכה בשרפה וביצירת גזי חממה.
2. באמצעות שימוש בטכנולוגיה הפוטו - וולטאית ניתן לחסוך משאבי קרקע על ידי התקנה של קולטי שמש שונים על גגות הבתים.
3. השימוש באנרגיה זו מונע את התלות במשווקים חיצוניים ויוצר אפשרות להפיק חשמל באופן עצמאי.
4. היעדר התלות במדינות אחרות ובמקורות אנרגיה מתכלים, הוא יעיל יותר מבחינה כלכלית ואף מונע לאורך זמן את העלייה החדה במחירי הדלק בעולם.
5. אנרגית סולארית היא אנגיה מתחדשת ובלתי מתכלה, בניגוד למקורות אנרגיה אחרים, כדוגמת פחם או דלק, שהשימוש בהם גורם להתדלדלות ואף לאורך זמן גם להתכלות מוחלטת של המאגרים הקיימים.
6. באמצעות אנרגיה סולארית ניתן לספק כמויות חשמל גדולות ביותר בהתאם לעקומת ביקוש החשמל הקיימת.

7. תחנת כוח סולארית יכולה לשמש להפקת אנרגיה למשך תקופות ארוכות ביותר ולא קיים חשש לירידה משמעותית ביכולת או בביצועים שלה לאורך שנים.


חסרונות:

1. פעמים רבות כרוכה הבנייה של תחנות כוח או השימוש בטכנולוגיות אחרות בפגיעה בסביבה ובמשאבים הטבעיים. בניית תחנת כוח דורשת שימוש בחשמל, בטכנולוגיות ובחומרים הפוגעים בסביבה. גם השימוש בשטחים פתוחים במקומות שונים וניצולם לצורך בניית מתקנים ענקיים איננו תורם לשמירה על איכות הסביבה.
2. תחנות כוח לאנרגיה סולארית משתרעות על שטח גדול מאוד ביחס לתחנות כוח קונבנציונליות בהן מופק החשמל מפחם, מגז או מדלק נוזלי.

בכדי להתגבר על חלק מהחסרונות שבשימוש באנרגיה סולארית, נעשים היום ניסיונות לשלב בין תחנות אנרגיה סולארית ובין תחנות אנרגית רוח. בשיטה זו ניתן לנצל גם את שעות הלילה ואת עונות החורף כדי לייצר חשמל.

בנוסף לכך, מושקעים מאמצים בבניית קולטי שמש בעלי שטח פנים גדול יותר ובשילוב רכיבים ננו-טכנולוגיים כדי להגדיל את תפוקת האנרגיה הנוצרת.

האם השקעה בשות ההפקה רווחית?

שטף האנרגיה הנקלט בכדור הארץ מן השמש הוא 1,366 ואט למ"ר בתנאים מיטביים, כלומר בקו המשווה, בצהרי היום, ללא עננות ובנקודת ההיפוך. היעילות של תא פוטו-וולטאי היא כ-10%. מקובל שלאורך היממה ועונות השנה ניתן להפיק 20 עד 30 ואט בממוצע לכל מ"ר.‏ לשם המחשה, שדה של 1 דונם יפיק כ-9 קילו ואט בממוצע לאורך היממה ועונות השנה המהווים 1/1,250,000 מתפוקת החשמל הכוללת בישראל. היעדר התלות במדינות אחרות ובמקורות אנרגיה מתכלים, הוא יעיל יותר מבחינה כלכלית ואף מונע לאורך זמן את העלייה החדה במחירי הדלק בעולם אבל ההשקעה הכספית הראשונית בבניית תחנות כוח סולאריות ובהפקת חשמל היא גבוהה ביחס לתחנות הכוח הקונבנציונליות.

ה. יתרונות לחברה האנושית ופגיעות בסביבה

קרינת השמש מחממת את כדור הארץ, מאפשרת את קיום החי והצומח על פניו, וגורמות לתופעות אטמוספריות כגון רוחות, עננים, מחזור המים וכיוצא באלה חלק מקרינת השמש נקלטים על ידי הכלורופיל שבצמחים הירוקים בתהליך המכונה פוטוסינתזה בתהליך זה נפלט פחמן מחלקי הצמח הירוקים באמצעות תגובות כימיות המתרחשות בעזרת אור השמש וכך נוצר החמצן.

יתרונות:

1. הפקת אנרגיה מקרינת השמש וממקורות שאינם מתכלים היא ידידותית לסביבה ואיננה כרוכה בשרפה וביצירת גזי חממה.
2. באמצעות שימוש בטכנולוגיה הפוטו - וולטאית ניתן לחסוך משאבי קרקע על ידי התקנה של קולטי שמש שונים על גגות הבתים.
3. השימוש באנרגיה זו מונע את התלות במשווקים חיצוניים ויוצר אפשרות להפיק חשמל באופן עצמאי.
4. היעדר התלות במדינות אחרות ובמקורות אנרגיה מתכלים, הוא יעיל יותר מבחינה כלכלית ואף מונע לאורך זמן את העלייה החדה במחירי הדלק בעולם.
5. אנרגית סולארית היא אנגיה מתחדשת ובלתי מתכלה, בניגוד למקורות אנרגיה אחרים, כדוגמת פחם או דלק, שהשימוש בהם גורם להתדלדלות ואף לאורך זמן גם להתכלות מוחלטת של המאגרים הקיימים.
6. באמצעות אנרגיה סולארית ניתן לספק כמויות חשמל גדולות ביותר בהתאם לעקומת ביקוש החשמל הקיימת.

7. תחנת כוח סולארית יכולה לשמש להפקת אנרגיה למשך תקופות ארוכות ביותר ולא קיים חשש לירידה משמעותית ביכולת או בביצועים שלה לאורך שנים.


חסרונות:

1. פעמים רבות כרוכה הבנייה של תחנות כוח או השימוש בטכנולוגיות אחרות בפגיעה בסביבה ובמשאבים הטבעיים. בניית תחנת כוח דורשת שימוש בחשמל, בטכנולוגיות ובחומרים הפוגעים בסביבה. גם השימוש בשטחים פתוחים במקומות שונים וניצולם לצורך בניית מתקנים ענקיים איננו תורם לשמירה על איכות הסביבה.
2. תחנות כוח לאנרגיה סולארית משתרעות על שטח גדול מאוד ביחס לתחנות כוח קונבנציונליות בהן מופק החשמל מפחם, מגז או מדלק נוזלי.

בכדי להתגבר על חלק מהחסרונות שבשימוש באנרגיה סולארית, נעשים היום ניסיונות לשלב בין תחנות אנרגיה סולארית ובין תחנות אנרגית רוח. בשיטה זו ניתן לנצל גם את שעות הלילה ואת עונות החורף כדי לייצר חשמל.
בנוסף לכך, מושקעים מאמצים בבניית קולטי שמש בעלי שטח פנים גדול יותר ובשילוב רכיבים ננו-טכנולוגיים כדי להגדיל את תפוקת האנרגיה הנוצרת.