רבים כבר יודעים שבניגוד לייצור חשמל מנפט וגז, שיש אותם בכמות מוגבלת בעולם ושייצור חשמל מהם נעשה בתהליכים הרסניים לכדור הארץ, ייצור של חשמל מקרני השמש הוא נקי, לא מזיק וטוב הרבה יותר.

פאנלים סולאריים (solar panels), אותם לוחות סולאריים שעל הגג או במקומות שונים לייצור חשמל, מאפשרים ליצור חשמל זול, בריא ורב,שאינו מבזבז משאבים מתכלים ואינו מזהם את כדור הארץ.

ייצור חשמל על ידי תאים סולאריים מבוסס על אפקט פוטו-וולטאי, ההופך את קרני השמש לחשמל. האפקט הזה מדבר על אור הפוגע בתא פוטו-חשמלי, שמורכב מחומרים המאפשרים להמיר את קרינת השמש לאנרגיה חשמלית. חיבור מוליכים חשמליים לשני החומרים הצמודים הללו ממיר את האנרגיה הזו לזרם חשמלי.

מבחינה מדעית, אם נפשט את התהליך, ייצור חשמל בשיטה זו מתבסס על כך שפגיעה בסיליקון, של פוטונים בעלי אנרגיה, המצויים בקרני השמש, גורמת למטענים חיוביים ושליליים, המצויים בחומר, לעבור ממצב סטאטי למצב דינאמי וליצור זרם חשמלי. אחרי המרה לזרם חילופין שמשמש ברשת החשמל של חברת החשמל, משמש החשמל הזה במערכת החשמל הרגילה.

אז התאים הסולאריים קולטים את קרני השמש, שעומדות לרשותנו בכמות לא מוגבלת, ומייצרים מהן חשמל. בכך הם מאפשרים לייצר חשמל נקי ובריא יותר, לחסוך ים של אנרגיה הדרושה להפקת נפט וגז מהאדמה ולמנוע עשן וזיהום אוויר משריפה של הנפט או הפחם, היקרים והמזהמים יותר.


כך מייצרים חשמל בפאנלים סולריים (מתורגם):

https://youtu.be/xKxrkht7CpY


פעולת הפאנל הסולארי (עברית):

https://youtu.be/H0PaPTVhpjo


כך קרני השמש מייצרות אנרגיה חשמלית (עברית):

http://youtu.be/YzbtvGmOYZQ


חברה ישראלית שמייצרת פאנלים סולריים קלים, גמישים וחדישים (עברית):

https://youtu.be/rVJocBVIssI


ומעט ממה שתאפשר לנו בין השאר אנרגיית השמש, אם ננצל אותה כראוי (מתורגם):

http://youtu.be/S6QJtado9dw

אנרגיה סולארית (Solar energy) היא אנרגיה שמופקת מקרני השמש. זוהי למעשה אנרגיה שִׁמְשִׁית, אנרגיית השמש המהווה כיום את אחת מצורות הפקת האנרגיה החלופית והמתחדשת החשובות ביותר.

את קרני השמש קולטים תאים סולריים. בתהליך פשוט יחסית של המרת החום לאנרגיה חשמלית, מיוצר מהם חשמל נקי, שהוא גם טוב לסביבה, כי הוא חוסך עשן וזיהום אוויר, האופייניים לחשמל הנוצר בשריפת נפט או פחם.

השימוש העתיק ביותר באנרגיית השמש הוא ייבוש הכביסה על חבל, לאור השמש. אך שימושי האנרגיה שמקורה בשמש הם מגוונים הרבה יותר.

הבולטים שבהם הם דודי השמש, המשמשים לחימום מים לצריכה הביתית. יישום של האנרגיה הסולרית החלל ניתן לראות בתחנת החלל הבינלאומית, לה מספקים חשמל, שורות של משטחים פוטו-וולטאים המתנוססים על כנפיים מעליה.

מבנים רבים בעולם מפיקים כיום בעצמם את צריכת החשמל שלהם. הם עושים זאת באמצעות לוחות סולריים, המוצבים על הגג. את האנרגיה הסולרית הזו ניתן לנצל מיד או לאגור להמשך, ובהתאם לצורך - להפיק מהם את האנרגיה מאוחר יותר.

כיום כבר ברור שהמעבר לאנרגיית השמש הוא מרכיב מרכזי בעצירת משבר האקלים החמור והתחממות כדור הארץ שהיא חלק ממנו. מאז המצאת האנרגיה הסולארית, הטכנולוגיה הזו צומחת בקצב מעריכי (אקספוננציאלי), כלומר בקצב מטורף ומהיר.

המומחים מעריכים שעד שנות ה-40 של המאה הנוכחית תיהפך האנרגיה הסולארית למקור האנרגיה הגדול בעולם. כבר כיום היא משמשת לייצור של אנרגיה ביותר ויותר תחומים, כולל מערכות התפלת מים, קירור בתים והפעלת מחשבים לבינה מלאכותית.

בנוסף להיותה נקייה וטובה לסביבה ולאדם, מורידה האנרגיה הסולארית את מחיר החשמל והאנרגיה יותר ויותר.


הנה סיפורה של האנרגיה הסולארית:

https://youtu.be/o3hR0uiuCfY


הכרחי לעבור לאנרגיות חלופיות:

https://youtu.be/Ljuyf2EVHyk


כך מייצרים חשמל בפאנלים סולריים (מתורגם):

https://youtu.be/xKxrkht7CpY


בהאיטי מבשלים באמצעות פאנל סולארי המאפשר בישול בשמש:

https://youtu.be/QFbCPM1izaM


וקרני השמש שמייצרות אנרגיה חשמלית:

http://youtu.be/YzbtvGmOYZQ

תא סולארי המבוסס על אנרגיה פוטו-וולטאית הוא התקן סולארי שמפיק אנרגיה חשמלית ישירה על ידי קליטת הקרינה האלקטרומגנטית של השמש, כלומר האור שלה. כיום עושים שימוש בלוחות סולאריים לייצור חשמל באופן פרטי ואף באופן מסחרי.

מיקום של לוחות סולריים על גג הבית מאפשר לייצר חשמל מאור השמש ואף למכור אותו לחברת החשמל. בעלי מבנים גדולים או שטחים להקמת חוות סולאריות משקיעים כיום כסף רב ומרכיבים מערכות סולריות על הגגות או בשטחים הפנויים ומוכרים את החשמל לחברת החשמל.


כך משמשים התאים הסולאריים לייצור חשמל באופן פרטי על גג הבית (עברית):

http://youtu.be/SHjmKPLJJ4U


דרך פעולת הפאנלים הסולאריים (מתורגם):

https://youtu.be/xKxrkht7CpY


פרסומת לפאנלים סולאריים לגג הבית (עברית):

http://youtu.be/mAvjT1QKJTI


ובעלי מבנים גדולים המנצלים את האפשרות להתקין גגות סולאריים ולהרוויח כסף מהגג שלהם (עברית):

http://youtu.be/oYjYTx6Qilg

קרני השמש יכולות לשמש לייצור חשמל. תאים סולאריים קולטים את קרני השמש ומייצרים מהן חשמל.

בשנים האחרונות, מתקינים אנשים רבים על גג ביתם קולטים סולאריים ומייצרים חשמל. את החשמל הם מוכרים לחברת החשמל. כך ניתן לייצר חשמל נקי יותר ולחסוך עשן וזיהום אוויר משריפה של הנפט או הפחם, היקרים והמזהמים יותר.

באמצעות המרה של המתח והזרם הדרושים למכשירים חשמליים, מאפשר החשמל שמייצרים מהפאנל הסולארי להפעילם.

את החשמל המופק מהשמש ניתן גם להמיר לזרם חילופין, הזהה למתח המסופק על ידי חברת החשמל ברשת החשמל שלה. רבים מבעלי קולטים הסולריים הללו מקבלים בעבור "החשמל שלהם" תמורה כספית.


#איך הופך אור השמש לחשמל בתאים הסולאריים?
ייצור החשמל על ידי תאים סולארים כאלה ממיר את האור הפוגע בתא הפוטו-אלקטרי לחשמל. התהליך הוא מעניין:

התא הפוטו-חשמלי הזה מורכב משני חומרים שונים. אם מחברים לשני החומרים הצמודים הללו מוליכים חשמליים, מקבלים זרם חשמלי.

פגיעה של פוטונים בעלי אנרגיה בחומר שנקרא סיליקון, למשל, מביאה מטענים חשמליים חיוביים ושליליים לעבור ממצב סטטי למצב דינמי. כך נוצר זרם ישר.

כך נוצר החשמל בתאים הסולאריים, באמצעות האפקט הפוטו-וולטאי, שגורם לפליטת אנרגיה חשמלית.


כך יכולות קרני השמש לייצר אנרגיה חשמלית (עברית):

http://youtu.be/YzbtvGmOYZQ


מעט ממה שעוד תאפשר לנו אנרגיית השמש, אם ננצל אותה כראוי (מתורגם):

http://youtu.be/S6QJtado9dw


וזו כבר כימיה - מה יקרה אם נביא חלק מהשמש לכדור הארץ (מתורגם):

https://youtu.be/J0ldO87Pprc?long=yes

דודי השמש, ביחד עם הקולטים, מהווים מערכת לחימום מים באמצעות אנרגיית השמש. זהו מתקן סולארי פשוט יחסית לחימום מים, לרוב לשימוש ביתי, אם כי עושים בו לא פעם גם שימוש בתעשייה. הדוד הוא המתקן הנפוץ ביותר כיום הפועל על אנרגיה סולארית בלבד.

אמנם דוד השמש נולד כבר במאה ה-18, אבל דודי השמש המודרניים הם ככל הנראה פיתוח של החוקר הישראלי ד"ר צבי תבור. תבור, מחלוצי השימוש באנרגיה סולרית בישראל ואחד מהחוקרים החדשניים בעולם בתחום זה.

תבור פיתח כבר בשנות ה-50 את דוד השמש. בעזרת קולטי שמש הצליח דוד השמש שלו לחמם את צינורות המים המתפתלים בתוך קולטי השמש ומשם עברו המים לדוד עצמו. מהדוד נמשכים המים אל ברזי המים הדירתיים, כך שכל אימת שפותחים את הברז של המים החמים יוצאים משם... ובכן, מים חמים.


הנה ההמצאה הישראלית של דודי השמש (עברית):

https://youtu.be/Rd6P8lVgU4Y


קולטי השמש ודרך פעולתם:

http://youtu.be/7S5O-R2A0hw


כך פועלים הלוחות הסולאריים שעליהם דוד השמש מתבסס (מתורגם):

https://youtu.be/xKxrkht7CpY

המירוץ לייצור חשמל ואנרגיה נקיים ולא מתכלים הוא בעיצומו. חברות רבות בעולם מנסות לחשוב על רעיונות יצירתיים לייצור של אנרגיה מהשמש, הרוח והמים.

חברות שונות כבר בנו דגמים בגודל טבעי של איים סולאריים שמייצרים חשמל מהשמש בלבד. איים כאלה ירוצפו בלוחות סולריים, קולטים סולריים של קרני השמש, שימירו את החום של קרני הזמש לאנרגיה חשמלית.

הכוונה היא שאם הדגמים הללו יוכחו ככדאיים, כבר בעשור הבא יתחילו בבניית איים כאלו בלב ים. רעיונות אחרים עדיין בשלב הסקיצות ובדיקת התכנות, ביניהם גשרים לייצור חשמל ומגדלים סולאריים שייצרו אנרגיה מאוויר חם שעולה ואוויר קר שיורד.


הנה התכנית של איים סולאריים לייצור חשמל:

http://youtu.be/D1XyR3YOVZQ


אבטיפוס של האי הסולארי כבר נבנה:

http://youtu.be/TcC3WHkAnuM


גשרים שיוכלו להיות תחנות כוח של ממש:

http://youtu.be/TkaPjhYuPtQ


ואולי הפתרון הוא מגדלים סולאריים בגובה של קילומטר:

http://youtu.be/0tWlP0knKQU

בשנת 2010 יצאה מנמל מונקו יאכטה מוזרה, הספינה הסולארית "טוראנור פלאנט-סולאר" (Turanor PlanetSolar). מטרתה של ספינת הקטאמרן הזו הייתה להקיף את העולם, כשהיא מונעת באנרגיית השמש בלבד.

פחות משנתיים אחר-כך ולאחר שעברה 60,000 קילומטרים, על גבי 3 אוקיינוסים, הפכה ה"טוראנור" בשנת 2012 לספינה הסולארית הראשונה בהיסטוריה שהקיפה את העולם.

יזם בניית הספינה הסולארית המהפכנית הזו הוא מהנדס האלקטרוניקה השווייצרי רפאל דומיאן, המאמין באנרגיה ירוקה ובנחיצות המעבר למקורות אנרגיה לא מתכלים ונקיים. בעקבות גיבורי המסע מסביב לעולם של הסופר ז'ול ורן, החליט דומיאן לצאת למסע חסר-תקדים מסביב לעולם, כשהוא שט על גבי ספינת קאטמרן שמונעת באנרגיה סולארית בלבד.

היתרון של מבנה הקטמרן הוא בכך שבמקום לשוט על הגלים, סירה כזו "חותכת" את גלי הים, כשהיא מונחת בגובה של 8 מטרים, מעל שתי "סירות" צרות, מה שמקטין את שטח המגע שלה עם המים וחוסך אנרגיה רבה. כך יכולה הספינה לנצל את כוחם של 4 המנועים החשמליים שלה היטב, ולגמוא מרחקים עצומים, על אף שטחה הגדול. היא עושה זאת, אגב, במהירות נמוכה מאד של 13 קילומטרים לשעה.

מקור השם "טוראנור" הוא מסינדרין, השפה הידועה מספרי "שר הטבעות". משמעותה המילה שם הוא "כוח השמש".

ביחד עם אימו שטרוכר, שותף גרמני עשיר, בנה דומיאן את הספינה הסולארית שלו וריצף את כולה בלוחות סולאריים, קולטי קרניים שממירים את החום שלהן והופכים אותו לאנרגיה חשמלית.

השניים הקיפו את עצמם בצוות בינלאומי שתרם לבניית ספינה חדשנית, המנצלת את אנרגיית קרני השמש היטב (עם 38,000 קולטי שמש!), מקטינה את המשקל ומשמרת את האנרגיה היטב, כדי שתוכל לשייט גם בתנאים של מזג אוויר בעייתי. הם ניצלו חומרים קלים וחזקים כמו קרבון לבניית הספינה, יישמו פתרונות מזהירים בתכנון וההנדסה של הספינה ויישמו תכנון אווירודינמי יעיל במיוחד.


הנה תכנון הספינה ומסלול ההפלגה הסולרית מסביב לעולם בהילוך מהיר:

https://youtu.be/n7fAnFuvPXU


הסירה הסולארית יוצאת להקיף את העולם:

https://youtu.be/WDN781I7vmc


וסיפור ההפלגה המדהימה הזו, שכולה מבוססת על אנרגיית השמש:

https://youtu.be/lcbFWo00jM4

אם תראו בשנים הקרובות עץ מוזר, עם גזע וענפים ופנלים סולאריים במקום עלים, דעו שאתם חוזים ב"עץ הנדיב". אבל זה לא אותו עץ נדיב מהסיפור המרגש מאת של סילברסטיין, אלא עץ סולארי ששמו eTree.

העץ הזה מייצר חשמל מאנרגיית השמש ומאפשר לאנשים לטעון את הטלפון הסלולארי שלהם, מספק אינטרנט אלחוטי Wi-Fi חופשי, מים קרים, פינת מידע ואפילו קצת אור בלילה.

"העץ הסולארי" הוא רעיון ופיתוח של כמה יזמים שהחליטו לעשות מעשה ולשלב את טובת הסביבה, חשמל נקי וטובת בני-האדם. לא ברור כמה רשויות ועיריות ירצו להשקיע את הממון הנדרש להקמת עצים כאלה, אבל היוזמה החדשנית, כולה ישראלית אגב, מסקרנת רבות מהן בעולם כולו.


הנה סרטון שמציג את המיזם של "העץ הנדיב":

http://youtu.be/gCAdxeH0ITg

כבר בשנת 1920 הגה מהנדס הרקטות הסובייטי פרידריך זנדר את הרעיון הנועז והחדשני שחלליות בעתיד יוכלו לטוס באמצעות הנעה חללית שמבוססת על לחץ קרינה. הרעיון היה ונשאר פשוט - מפרש שמש שיוצמד לחללית יאפשר לה לאגור קרינה מאור השמש וליצור את האנרגיה הנחוצה למסעות ארוכים בחלל.

מפרש השמש הוא משטח גדול, ממש כמו מפרש, שנהדף כשפוגעת בו קרינה של כוכב וההדף הזה הוא המטיס אותו ואת החללית שאליה הוא מוצמד. ממש כמו מפרש רוח, תוכל החללית לשייט בין כוכבים, בעזרת מפרשי השמש שלה.

במשך כמעט מאה שנים, נשאר מפרש השמש רעיון תיאורטי, אך בשנים האחרונות הטכנולוגיה הגיעה ליכולות של ממש בייצור של מפרשי שמש שמספקים מספיק אנרגיה למעוף בחלל.

הניסויים שנעשו במסלול ארץ נמוך, נחלו הצלחות מסוימות. על אף שהחללית קוסמוס 1 ששוגרה ב-2005 אבדה בחלל, בלי קשר למפרש השמש שלה, שוגרו שוב מפרשי חלל והביאו חלליות עד לכוכב נוגה.


הנה מפרשי השמש של החלליות שהוצעו כבר בשנות ה-70:

https://youtu.be/-cEXKu_Onlk


ההגיון במפרשים הללו:

https://youtu.be/8LmePYdraoU


תכניות מוקדמות של המפרשים אל מול השמש:

https://youtu.be/FPlZ0MNHerw


והחללית "הליוס" שמתוכננת לטוס עם מפרש שמש אל מחוץ למערכת השמש:

http://youtu.be/4F97NdwvmUM