ויהי אור ויהי חשמל

לעולם בעקבות השמש

האם נוכל בעתיד להפיק חשמל בקנה מידה ארצי באמצעות אנרגיית השמש, ביעילות גבוהה ובמחיר נמוך מאלה של תחנות הכוח הנוכחיות? "אנרגיית השמש היא אנרגיה מתחדשת המצויה בשפע, אך היא תהפוך למשאב שימושי וכלכלי רק אם נצליח לשפר את יעילות ההמרה שלה לחשמל", מסביר פרופ' אברהם קריבוס, מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, העוסק בפיתוח רכיבים לתחנות כוח סולאריות כבר למעלה מ־20 שנה. "יעילות המרת האנרגיה האצורה בדלקים המתכלים שבתחנות הכוח המסורתיות הינה בין 40% ל־60%, בעוד שתחנות הכוח הסולאריות הקיימות כיום מצליחות להניב חשמל ביעילות המרה שאינה עולה על 20%. זו הסיבה העיקרית לכך שעד כה הוקמו רק מעט תחנות כאלה ברחבי העולם".

לדבריו, כל תחנות הכוח התרמיות הקיימות היום, בין אם הן מבוססות על דלק או על אנרגיית השמש, פועלות בצורה דומה: האנרגיה מושקעת בחימום קיטור או אוויר לטמפרטורה של מאות מעלות צלסיוס. האוויר או הקיטור המחומם שואף להתפשט במרחב, וכוח ההתפשטות מנוצל לדחיפת כפות הטורבינה. הטורבינה בתורה מסובבת מחולל, שממיר אנרגיה מכאנית לאנרגיה חשמלית.

מדד ניצולת האנרגיה בתהליך, הקרוי "יעילות ההמרה", הוא היחס בין כמות האנרגיה שהושקעה במקור לבין האנרגיה שהפכה בסוף התהליך לחשמל. יעילות ההמרה גדלה ככל שהקיטור/אוויר מחומם לטמפרטורה גבוהה יותר, ולכן האתגר העומד בפני מפתחי תחנות הכוח הסולאריות הוא להגיע לטמפרטורות זהות לאלה המתאפשרות על־ידי שריפת פחם, נפט וגז - באמצעות אנרגיית השמש בלבד. ואכן, דבר זה מתאפשר כבר היום בעזרת טכנולוגיה חדשנית המכונה "מגדל השמש".

מגדל השמש

טכנולוגיית מגדל השמש מבוססת על מראות, שמרכזות את קרינת השמש למוקד הממוקם בראש מגדל ומשמש לחימום מים או אוויר. יעילות השיטה עשויה להשתוות לזו של תחנות מבוססות דלקים, והיא עולה על כל תחנות הכוח הסולאריות שהוקמו עד היום, המתבססות על חימום קיטור לטמפרטורה נמוכה יחסית.

צוות המחקר של פרופ' קריבוס שוקד על שיפורה של טכנולוגיית מגדל השמש על־ידי שכלול המבנה של הרכיב הנמצא במוקד הקרינה, שתפקידו לקלוט את קרינת השמש ולחמם את האוויר. עיצוב נכון של רכיב זה ימזער את הפסדי האנרגיה ויאפשר את חימום האוויר לטמפרטורה הנדרשת. כדי לייעל את הרכיב, בוחנים החוקרים חומרים ועיצובים שונים במודל ממוחשב. עיצובים נבחרים ייבדקו לאחר מכן במעבדה. האפשרות לחמם אוויר במוקד המגדל לטמפרטורה של יותר מ־1,000 מעלות צלסיוס עשויה להניב חשמל מאור השמש ביעילות המרה של יותר מ־30%.

פיתוחים נוספים של פרופ' קריבוס וצוותו כוללים: שיטה לניצול יעיל בשעות הלילה של חום סולארי שנאגר במהלך היום, וכן טכנולוגיה המשתמשת בפירוק פסולת ממקור אורגני באמצעות חום השמש, כדי לייצר בו־זמנית חשמל ודלקים כגון גז המימן - תהליך שיעילותו מתקרבת ל־50%.

מתוך החוברת "מחליפים כוח" בעריכת דוברת האוניברסיטה >>