נעם לייטר
לאחרונה התבשרנו על מהפכה קטנה במשק החשמל. כעת יכול כל אדם להתקין על גג ביתו תאים פוטו-וולטאים ולהזין חשמל לרשת. אמנם האנרגיה הסולרית לא תוכל לספק בטווח הקצר את כל צריכת החשמל בישראל, אך החשיבות המיידית שלה טמונה ביכולתה להקטין את שיאי ביקוש החשמל, הכוללים את המרכיבים היקרים והמזהמים ביותר במשק החשמל שלנו...
משק החשמל בישראל הוא אצן מאה מטר שבונה מסת שריר אדירה ל-10 שניות ריצה פעמיים בעונה. השרירים המנופחים הם תחנות כח פחמיות גדולות ממה שנדרש בשגרה ומלוות במערך טורבינות גז יקרות מאוד להפעלה. הספרינטים העונתיים שלנו הם שיאי הביקוש בקיץ, אז כולנו מפעילים בו זמנית את מערכות המיזוג. כדי להפוך מבן ג'ונסון להיילה גבריסלאסי, משק החשמל שלנו חייב ראשית להקטין את שיאי הביקוש. כיום יש התאמה טובה בין שיא צריכת החשמל לשעות השמש בימים החמים של הקיץ.
גם מערך של תאים פוטו-וולטאים יהיה בשיא תפוקת החשמל בימים אלו, ובכך יקזז את הצריכה הביתית ממיזוג ויקטין את שיא הביקוש. אבל מה לעשות, רובנו גרים בבנייני דירות, ולא יכולים לסייע למאמץ הסביבתי והכלכלי הזה כפי שיכולים בעלי הוילות וצמודי הקרקע. גם להיות עשיר וגם לשמור על הסביבה זה כבר חוסר צדק משווע. למזלנו אין שום דבר סביבתי בבית צמוד קרקע גם אם על כל שטח הגג מותקנים תאים פוטו-וולטאים.
בנוסף לשטח שהוא תופס ביחס למספר הדיירים, בזבוז המים במדשאה הראוותנית וכמויות חומרי הבניין הגדולות יותר הנדרשות לבנייה, בית צמוד קרקע הוא גם צרכן חשמל גדול משמעותית מדירה בבניין, בעיקר לטובת מיזוג החללים הגדולים והלא מבודדים בבית.
אם כולנו נמשיך לשאוף לצורת המגורים הזו, גם אם נייצר בכל בית חשמל נקי מהשמש, הנזק הסביבתי יהיה גודל וצריכת החשמל הכללית גדולה הרבה יותר. בניין דירות לעומת זאת קל לבודד היטב, להתקין בו מערכות מיזוג מרכזיות יעילות ובסך הכל להפכו לחסכוני מאוד אנרגטית.
מצד שני, התקנה של מערכת סולרית פרטית על גג בניין משותף היא לא דבר מעשי. כל דייר חולק עם שכניו את שטח הגג, שפעמים רבות גם מוסתר מהשמש ע"י בניינים אחרים בסביבתו.
אז איך בכל זאת ניתן לנצל גם בסביבה עירונית אנרגיה סולרית?
שיתוף פעולה בין ד"ר פיני גורפיל מהפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל ובין האדריכל יוסי קורי מהפקולט לארכיטקטורה ובינוי ערים מנסה לתת מענה לבעיה הזו בדיוק. במקום להיצמד לשטח הגג, מתנתקים ממנו ועוברים למימד נוסף ובלתי מוגבל כמעט, האוויר.
החזון של גורפיל ושל קורי הוא אלפי בלונים עטופים ביריעות פוטו-וולטאיות שירחפו מעל גגות הערים ויספקו חשמל ללא מגבלות נדל"ן. מעל שטח גג מצומצם ניתן להתקין מספר בלונים בגבהים שונים וכך לספק חשמל למספר דירות בבניין. כך על גגות הבניינים בישראל ימוקמו כמו דוודי שמש יחידות מתח ובקרה, אליהן יחוברו הבלונים וימירו אנרגיה סולרית לחשמל נקי להמונים.
למעשה לא יהיה שום צורך להיות בעלי הבית, וגם השוכרים שבינינו יוכלו ליהנות מחוקי החשמל החדשים ולהעביר את המערכת איתם מדירה לדירה. על מנת להפוך את הרעיון לטכנולוגיה ישימה, התנאי הראשון והחשוב ביותר הוא העלות הכלכלית ביחס למערכות סולריות סטנדרטיות, ולכן המערכת מתבססת על אינטגרציה של טכנולוגיות ומוצרי מדף קיימים וזולים.
התכנון של גורפיל וקורי הוא לעטוף אשכולות של בלוני לאטקס במעטפת בה משולבים התאים הפוטו-וולטאים. אל המעטפת מתחבר כבל קואקסלי הכולל במרכזו צינור ממערכת בקרת לחץ הליום אל הבלונים, ובהיקף שזורים קווי מתח מהתאים אל הממיר על הגג. האתגר הגדול הוא אופן הטיפול בבעיות הנובעות מהשימוש בהליום, תוך שמירה על מחיר מערכת נמוך.
ההליום הוא הגז הסטנדרטי כיום לשימוש בבלונים מרחפים מכל הסוגים והגדלים. יתרונותיו הם במשקלו הנמוך ובהיותו גז אינרטי ובלתי דליק. לרוע המזל להליום יכולת פעפוע מצויינת וכאשר הוא מוחזק בבלון בסביבת אוויר הוא לא נשאר בו לנצח. ככל שהבלון גבוה יותר הלחץ בו קטן וכך גם הפעפוע, אך לבלונים יש נטייה להתפוצץ, ולכן יש לבחור גובה שיהיה פשרה מתאימה בין הפעפוע לפיצוץ ולדחוס ולשאוב כל הזמן הליום בהתאם לשינויים בלחץ האטמוספרי ופעפוע הגז.
בעיות נוספות שעולות בתכנון הן גזירה של הבלונים והמעטפת בהדבקה, עמידות אוירודינמית של המבנה ועמידות כללית של המערכת לאורך זמן באופן שיצמצם למינימום דרישות אחזקה ותקלות לאורך החיים כפי שמתאפיינות מערכות תאים פוטו-וולטאים רגילות. שני מדגימים ראשונים של הרעיון כבר נוסו בהצלחה וריחפו מעל הפקולטה לתקופה קצרה. תכנון עתידי יותר הוא ליצור בלון עדשה בו ההליום הוא התווך האופטי ובמוקד ממוקם תא פוטו-וולטאי קטן בנצילות גבוהה.
גם מערך של תאים פוטו-וולטאים יהיה בשיא תפוקת החשמל בימים אלו, ובכך יקזז את הצריכה הביתית ממיזוג ויקטין את שיא הביקוש. אבל מה לעשות, רובנו גרים בבנייני דירות, ולא יכולים לסייע למאמץ הסביבתי והכלכלי הזה כפי שיכולים בעלי הוילות וצמודי הקרקע. גם להיות עשיר וגם לשמור על הסביבה זה כבר חוסר צדק משווע. למזלנו אין שום דבר סביבתי בבית צמוד קרקע גם אם על כל שטח הגג מותקנים תאים פוטו-וולטאים.
בנוסף לשטח שהוא תופס ביחס למספר הדיירים, בזבוז המים במדשאה הראוותנית וכמויות חומרי הבניין הגדולות יותר הנדרשות לבנייה, בית צמוד קרקע הוא גם צרכן חשמל גדול משמעותית מדירה בבניין, בעיקר לטובת מיזוג החללים הגדולים והלא מבודדים בבית.
אם כולנו נמשיך לשאוף לצורת המגורים הזו, גם אם נייצר בכל בית חשמל נקי מהשמש, הנזק הסביבתי יהיה גודל וצריכת החשמל הכללית גדולה הרבה יותר. בניין דירות לעומת זאת קל לבודד היטב, להתקין בו מערכות מיזוג מרכזיות יעילות ובסך הכל להפכו לחסכוני מאוד אנרגטית.
מצד שני, התקנה של מערכת סולרית פרטית על גג בניין משותף היא לא דבר מעשי. כל דייר חולק עם שכניו את שטח הגג, שפעמים רבות גם מוסתר מהשמש ע"י בניינים אחרים בסביבתו.
אז איך בכל זאת ניתן לנצל גם בסביבה עירונית אנרגיה סולרית?
שיתוף פעולה בין ד"ר פיני גורפיל מהפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל ובין האדריכל יוסי קורי מהפקולט לארכיטקטורה ובינוי ערים מנסה לתת מענה לבעיה הזו בדיוק. במקום להיצמד לשטח הגג, מתנתקים ממנו ועוברים למימד נוסף ובלתי מוגבל כמעט, האוויר.
החזון של גורפיל ושל קורי הוא אלפי בלונים עטופים ביריעות פוטו-וולטאיות שירחפו מעל גגות הערים ויספקו חשמל ללא מגבלות נדל"ן. מעל שטח גג מצומצם ניתן להתקין מספר בלונים בגבהים שונים וכך לספק חשמל למספר דירות בבניין. כך על גגות הבניינים בישראל ימוקמו כמו דוודי שמש יחידות מתח ובקרה, אליהן יחוברו הבלונים וימירו אנרגיה סולרית לחשמל נקי להמונים.
למעשה לא יהיה שום צורך להיות בעלי הבית, וגם השוכרים שבינינו יוכלו ליהנות מחוקי החשמל החדשים ולהעביר את המערכת איתם מדירה לדירה. על מנת להפוך את הרעיון לטכנולוגיה ישימה, התנאי הראשון והחשוב ביותר הוא העלות הכלכלית ביחס למערכות סולריות סטנדרטיות, ולכן המערכת מתבססת על אינטגרציה של טכנולוגיות ומוצרי מדף קיימים וזולים.
התכנון של גורפיל וקורי הוא לעטוף אשכולות של בלוני לאטקס במעטפת בה משולבים התאים הפוטו-וולטאים. אל המעטפת מתחבר כבל קואקסלי הכולל במרכזו צינור ממערכת בקרת לחץ הליום אל הבלונים, ובהיקף שזורים קווי מתח מהתאים אל הממיר על הגג. האתגר הגדול הוא אופן הטיפול בבעיות הנובעות מהשימוש בהליום, תוך שמירה על מחיר מערכת נמוך.
ההליום הוא הגז הסטנדרטי כיום לשימוש בבלונים מרחפים מכל הסוגים והגדלים. יתרונותיו הם במשקלו הנמוך ובהיותו גז אינרטי ובלתי דליק. לרוע המזל להליום יכולת פעפוע מצויינת וכאשר הוא מוחזק בבלון בסביבת אוויר הוא לא נשאר בו לנצח. ככל שהבלון גבוה יותר הלחץ בו קטן וכך גם הפעפוע, אך לבלונים יש נטייה להתפוצץ, ולכן יש לבחור גובה שיהיה פשרה מתאימה בין הפעפוע לפיצוץ ולדחוס ולשאוב כל הזמן הליום בהתאם לשינויים בלחץ האטמוספרי ופעפוע הגז.
בעיות נוספות שעולות בתכנון הן גזירה של הבלונים והמעטפת בהדבקה, עמידות אוירודינמית של המבנה ועמידות כללית של המערכת לאורך זמן באופן שיצמצם למינימום דרישות אחזקה ותקלות לאורך החיים כפי שמתאפיינות מערכות תאים פוטו-וולטאים רגילות. שני מדגימים ראשונים של הרעיון כבר נוסו בהצלחה וריחפו מעל הפקולטה לתקופה קצרה. תכנון עתידי יותר הוא ליצור בלון עדשה בו ההליום הוא התווך האופטי ובמוקד ממוקם תא פוטו-וולטאי קטן בנצילות גבוהה.
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה