education - חינוך  


קטעי מידע
 
קטעי מידע על המצאות הקשורות למראות, על שימוש במראות
ועל ניצול אנרגיית השמש בעבר, בהווה ובעתיד.

ייעוץ מדעי: יורם אורעד
מראות בשירות אנרגיה סולארית
הֶליוסטט
הֶליוסטטים יביאו את השמש לרַאטֶנברג
אנרגיה סולארית
מגדל שמש
שדה מראות
תחנת כוח סולארית
חווה סולארית
חשמל ירוק
המראות השורפות של ארכימדס
מראת שמש בוִיגָאנֶלָה
סרט סולארי






הֶליוסטט


הליוסטט (בעברית: מראה עוקבת) הוא מתקן אשר לוכד את התנועה של השמש. בדרך כלל ההליוסטט
כולל מראות, עמוד תמיכה ומנועים והוא עוקב אחר השמש באמצעות מערכת בקרה ממוחשבת ומכוון
את הקרינה לכיוון מעבדות הנמצאות במגדל שמש. מתקיימת התאמה בלתי פוסקת של המראה כלפי השמש
כך שתהיה החזרה מדויקת.

להליוסטטים תפקיד חשוב בחווה סולארית-להחזיר את קרינת השמש אל המקום המיועד כדי שתפגע בו
קרינה גדולה ככל האפשר ועקב כך ייווצר חום גדול ככל האפשר.

אפשר לבנות הליוסטט לשימוש ביתי לחימום ותאורה:
קראו כאן: Build a heliostat for solar heating and lighting






הֶליוסטטים יביאו את השמש לרַאטֶנברג


בכל חורף סובלים תושבי ראטנברג (Rattenberg) שבאוסטריה, עיירה קטנה הבנויה על צלע הר, ממחסור באור השמש. הרי ראט, הנישאים לגובה של 914.40 מטרים, חוסמים את קרני השמש החורפית מלהגיע אל הכפר מנובמבר עד פברואר, דבר הגורם לדיכאון בקרב תושבי הכפר. לאחר הצלחת ההמצאה של מראת השמש בעיירה האיטלקית וִיגָאנֶלָה נבדקת האפשרות להחזיר את אור השמש לראטנברג באמצעות הליוסטטים.
התכנית היא לבנות 30 הליוסטטים על גב ההר בכפר הסמוך. המראות יעקבו אחר תנועת השמש, וקרני השמש שילכדו במראות אלה יוחזרו באמצעות שדה מראות באופן שיאירו אזורים נבחרים בעיירה בראטנברג.


שרטוט: כיצד ראטנברג מקבלת את אור השמש.
שידור רדיו (3:54 ד' באנגלית): תושבי ראטנברג מתראיינים בכתבה של רדיו NPR News
תעתיק של הכתבה: Shadowed Austrian Town Eyes Mirrors for Light by Rachel Martinv
כתבה (בעברית) על החזרת אור השמש לראטנברג: מקלחת שמש לעיירה חשוכה
כתבה (באנגלית): Piping in sunlight





אנרגיה סולארית


אנרגיה סולארית היא אנרגיית הקרינה המגיעה מן השמש. היא מאפשרת ייצור חשמל וחום. מהחום אפשר להשתמש למיזוג אוויר או ליצור קיטור (קיטור הוא אדי מים).
ניתן לנצל אנרגיה סולארית בקנה מידה גדול, למשל בתחנות כוח, וגם בסביבות מצומצמות, למשל בבית.
כיום, בעידן "החשיבה הירוקה" אנרגיה סולארית שמקורה בקרינת השמש מהווה מקור של אנרגיה חלופית ומתחדשת. יחד עם זאת, השימוש במקור אנרגיה זה נעשה כבר לפני למעלה מ 2000 שנה על ידי ארכימדס. כאשר הותקפה עירו על-ידי הצי הרומי, הוא בנה מערכת מראות אשר ריכזו את אור השמש אל ספינות האוייב ושרפו אותן. על כך אפשר לקרוא להלן: המראות השורפות של ארכימדס.
סרטונים ומאמרים
סרטון בעברית: 3:19 ד'
מערכת סולארית של אוניברסיטת תל אביב העושה שימוש במראה לריכוז הקרינה.
סרטון ללא מלים: 1:39 ד'
אנרגיה סולארית – העתיד כבר כאן. Solar Energy - The Future is Now
מאמר אודות אנרגיה סולארית, מאת ד"ר אריה מלמד-כץ וג'ודי בבלוג מדע פשוט, יולי 2009. (המאמר "המהפכה הסולארית" התפרסם בגיליון 107 של גליליאו ביולי 2007.)
המהפכה הסולארית - חלק ראשון.
על הפוטנציאל של אנרגיית שמש להפוך למקור אנרגיה עיקרי במדינות שטופות שמש.
המהפכה הסולארית - חלק שני.
על חשמל ישיר ועל הפיתוח העתידי של מכונית חשמלית.





מגדל שמש


אחת הדרכים לנצל את קרני השמש כאנרגיה חלופית היא באמצעות מגדל שמש.
מגדל שמש הוא מתקן שמטרתו לאסוף את קרינת השמש משֶטח גדול, באמצעות מספר רב של מראות המרכזות את אור השמש אל קולט שנמצא בראש המגדל.
במגדל ניתן להמיר את קרינת השמש הממוקדת לאנרגיות אחרות:

הפקת חשמל באמצעות מגדל שמש
המגדל מוקף בשדה-מראות שעוקבות אחרי מסלול השמש וקולטות את הקרינה שלה. מעקב זה נעשה כדי להחזיר קרינה רבה ככל האפשר אל עבר הקולט. המעקב נעשה באמצעות מחשב. המראות מחזירות אל ראש המגדל את האנרגיה של קרינת השמש, ואנרגיה זאת גורמת לחימום גזים, המסובבים את הטורבינה, סיבוב הטורבינה מניע מחולל (גנרטור), והוא יוצר אנרגיה חשמלית. במגדלי שמש שתוכננו בעבר, הנוזל המעביר חום היה מים/קיטור. במגדלי שמש יותר מודרניים, הנוזל הוא מלח חנקני מותך שיתרונותיו הן העברת חום ויכולת אגירת חום משופרות. אגירת החום מאפשרת למערכת להמשיך ולהפיק חשמל גם במזג אויר מעונן או בלילה.
מגדל השמש הראשון בישראל הוקם כבר בשנות ה- 80 במכון ויצמן למדע. סביב מגדל האנרגיה הסולארית שנבנה במכון נבנו 64 מראות קעורות עוקבות שמש (הליוסטטים) הקולטות ומרכזות את אור השמש לעבר מגדל השמש. תפקידו של כל הליוסטט סביב מגדל האנרגיה הסולארית הוא לעקוב אחרי תנועת השמש בעזרת מערכת בקרה ממוחשבת ולכוון את הקרינה לכיוון מגדל השמש.

תמונות ורישומים של מגדלי שמש-באתר הבית של החשמלאים בישראל.
קטע מידע של האגף לת"ל כולל תמונות ותרשימים: מגדל השמש במכון ויצמן
בקיבוץ סמר בערבה צמח מגדל השמש השלישי בישראל.
סרטון (בעברית 3:50 דקות): מגדל שמש בקיבוץ סמר
מגדלי שמש בעולם:
ארה"ב: כיצד מגדל שמש יכול להשפיע על העתיד?
How a Giant Solar Tower Could Power the Future
ספרד: מגדל השמש PS20 ליד סביליה.
התחנה מייצרת חשמל סולארי ל- 10,000 משפחות באזור סביליה, לא הרחק מהגבול עם פורטוגל. השילוב בין מגדל שמש ומחזור משולב של טורבינת גז היברידית1 סולארית וטורבינה נוספת לניצול החום מגזי הפליטה. הפעלה כזו היא יעילה מאוד.
סין: פרוייקט סולארי במדבר המונגולי שיכלול ניצול אנרגיית שמש, רוח, מים ופסולת ביולוגית.
בישראל: לוז הירושלמית קמה מחדש כדי להקים מגדלי שמש להפקת חשמל, איתן קריין. אפריל 2008
1היברידי - כשאומרים היברידי הכוונה היא להפעלה באמצעות
יותר ממקור אנרגיה אחד, למשל על ידי אנרגית השמש ועל ידי בנזין.





שדה מראות



שדה המראות הניצב מול "מגדל השמש" מבצע את שלב הריכוז, על-ידי איסוף קרינה משטח קרקע גדול והכוונתה למטרה קטנה על מגדל.


שדה מראות בקליפורניה.                                                       קרדיט לתמונה: חברת סולל.


במהלך השנים האחרונות הולך וגובר השימוש במראות במתקנים המשמשים לניצול אנרגיית השמש. כאשר מטיילים מדרום לבאר שבע, באזור אשלים שבהר הנֶגב, אפשר לראות שדה מראות המורכב משורות שורות של מראות. המראות מרכזות את קרני השמש לעבר צינור זכוכית - שעובר מעליהן ומוזרם בו שמן - ומחממות אותו; השמן מחמם מים שמוזרמים במערכת נפרדת עד שנוצר קיטור; הקיטור מפעיל טורבינות שמייצרות חשמל. יכולת הפקת החשמל של מגדל שמש תלויה אך ורק בגודלו של שדה המראות, שאליו ניתן להתייחס כמראה מרכזת אחת גדולה.

השמש של הנֶגב תניב אנרגיה ירוקה - כתבה על תכנית שהולכת ומתגבשת בנֶגֶב לנצל את אנרגית השמש ליצור חשמל. מראות גדולות ירכזו את קרני השמש בתחנת כוח סולרית ויפיקו 2% מכלל התצרוכת של החשמל בישראל.





תחנת כוח סולארית



תחנת כוח סולארית ראשונה מסוגה בעולם – פותחה במכון וייצמן בשנת 1997. היא מופעלת על ידי שדה
מראות שקולטים את אור השמש ומרכזים אותו כלפי מראת עילית בראש המגדל, שמוצב מול שדה המראות.

עוד על הפיתוח אפשר לקרוא בכתבה: אנרגיה בארץ המראות.

דוגמאות לתחנות כוח סולאריות בארץ:
דרום הנגב והערבה הם אזורים שקרינת השמש בהם היא מהחזקות בעולם, ועל כן מתאימים במיוחד לניצול
של אנרגיית שמש להקמת תחנות כוח סולאריות.
קיבוץ קטורה
בינואר 2009 הוכרז על הקמת תחנת כוח סולארית בקיבוץ קטורה שבחבל אילות (הסמוך לאילת). התחנה תתווסף לשורה של תחנות נוספות שמוקמות ביישובים בשטח המועצה האזורית חבל אילות.
חבל אשלים בנגב
בהודעה לעיתונות במרץ 2009 - תוך 3 שנים יקומו לפחות 3 תחנות סולאריות באשלים.
קיבוץ סמר בערבה בחבל אילות, מספק את החשמל של הקיבוץ.
ראו סרטון (עברית 3:50 דקות): מגדל שמש בקיבוץ סמר
וגם בבתים פרטיים:
לראשונה באילת:בית שמייצר חשמל סולארי





חווה סולארית



בחווה סולארית מסחרית עתידית יוצבו כ-40,000 הליוסטטים . כל המראות ירכזו את אור השמש אל מגדל אחד שיתנשא לגובה של כ- 80 מטרים . בראש המגדל יותקן "קולט" (receiver) שיפיק קיטור בטמפרטורה של 565-550 מעלות צלזיוס ובלחץ של 160-140 אטמוספרות2 . הקיטור יניע טורבינה להפקת חשמל. באביב 2008 מתכננת החברה לחנוך במישור רותם בנגב מתקן ניסוי שיכלול 1,700 הליוסטטים ומגדל.

ההליוסטטים עוקבים אחרי השמש על פי תכנות מראש. כל הליוסטט מביא בחשבון את המיקום המוחלט שלו עצמו, את הזווית שלו לעומת הקרקע, את מיקום המגדל ואת המיקום המדויק של השמש בשמים בכל רגע לאורך השנה. לכל אחד מעשרות-אלפי ההליוסטטים בשדה יש נתונים משלו וכרטיס בקרה משלו הדואג לכך שכולם יכוונו את אור השמש לאותה נקודה בראש המגדל. תכנון הבקרה המדויקת הזאת היה אתגר הנדסי, פיזיקלי ומתמטי לא פשוט.

מדינות אחדות כבר הקימו חוות סולאריות – למשל, גרמניה, ספרד, יפן ואוסטרליה.

כתבה בנושא: יש חדש תחת השמש

בישראל
לפני כשישים שנה היתה ישראל הראשונה להמציא את מהפכת השימוש בדודי שמש לחימום מים. הממציא הוא ד"ר צבי תבור. באפריל 2009 נחנכה במרכז הארץ חווה סולארית ראשונה מסוגה בעולם, שתספק חשמל ומים חמים, שיהוו תחליף לכ-40,000 אלף ליטר דלק בכל שנה. החווה הסולארית בקבוצת יבנה היא פרי פיתוח של אוניברסיטת בן גוריון.

כתבה על החווה הסולארית בקבוצת יבנה. לכתבה נלווה סרטון (אנגלית, 2:40 ד').
2אטמוספרה אחת הוא הלחץ שמפעיל האוויר בגובה פני הים. זה עשוי לתת לקוראים הצעירים
מושג מהו לחץ של 140-160 אטמוספרות, המוזכר בקטע.




חשמל ירוק



הפקת חשמל נקי באמצעות אנרגיה סולארית. מדובר במערכת "ירוקה" שטובה לסביבה ומייצרת חשמל נקי. באירופה ובארה"ב מייצרים חשמל באמצעות השמש כבר שנים רבות. גרמניה, למשל, היא מעצמה בתחום
הזה, שם הפכו את זה ממש לאידיאולוגיה. גם ארה"ב ויפן חזקות מאוד בתחום.

בישראל, בעקבות החקיקה החדשה, כל אדם שמתקין על גג ביתו מערכת סולארית יוכל לייצר חשמל
באמצעות אנרגיה סולארית ולחסוך לעצמו את כל חשבון החשמל שלו, ואף ישפיע על צמצומה של בעיית ההתחממות הגלובאלית.

כתבות וסרטונים:
אושר התמריץ לחשמל ביתי - ההחלטה של הרשות לחשמל לאשר תמריצים פיננסיים מגבירה מאוד את הכדאיות הכלכלית להתקנת מערכות סולאריות.
חשמל ירוק - שתי משפחות החליטו לקדם את המיזם הזה ולהתקין מערכות כאלו על גג ביתם.
נגב ברמה - מגזין 16-חלב לבן חשמל ירוק - רפת סולרית
סרטון המציג מיזם ישראלי של חשמל ירוק (עברית, 4:44 ד')




המראות השורפות של ארכימדס



בזמן המצור על סירקוז (אשר בסיציליה) בשנת 213 לפני הספירה, לארכימדס, המתמטיקאי והאסטרונום,
היה תפקיד חשוב בהצלת העיר מן המצור. הוא בנה מערך של מראות קעורות כדי למקד בעזרתן את קרני השמש, על מנת לשרוף את ספינות המלחמה של הרומאים שצרו על סירקוז. אלה נודעו בכינוי המראות השורפות. אולם, בסופו של דבר, הרומאים נצחו בקרב הזה, ובעת כיבוש העיר ארכימדס נהרג
(287–212 לפני הספירה).

ציור: ארכימדס והמראה
ללא טכנולוגיה מתקדמת, הפעיל ארכימדס מראה עוקבת (הליוסטט). בידו הוא הזיז את המתקן עם המראה כדי לעקוב אחר השמש וללכוד את קרניה.
ציור קיר: המראות השורפות
האמן פאריג'י (Giulio Parigi) צייר את ציור הקיר הזה בשנת 1600.
בשנת 2005 נעשה ניסיון של סטודנטים בארה"ב לשחזר את ההמצאה של ארכימדס.
Archimedes Death Ray: Idea Feasibility Testing





מראת שמש בוִיגָאנֶלָה




מראה ענקית שהצליחה להחזיר את האור והחיוך לתושבי ויגאנלה.

כל שנה בהגיע החורף לויגאנלה ( Viganella), היתה השמש נעלמת מהכפר בצפון איטליה למשך 84 ימים
מאחורי הר גבוה שהטיל את צלו על הכפר.

מידאלי, ראש הכפר הצליח להביא את השמש לכפר באמצעות רעיון מבריק: מראה ענקית במשקל טון הוצבה בתוך יער מול הכפר ושולב בה מנוע חזק. תוכנית מחשב העוקבת אחר התנועה המדומה של השמש, תכוון את תזוזת המראה במהלך היום, כך שתלכוד את קרני החמה ותפיצן במשך חמש עד שש שעות בכיכר הכפר במהלך חודש דצמבר החורפי.

הארכיטקט בונזאני (Gim Bonzani) והמהנדס פרארי (Gianni Ferrari) תכננו והגשימו את חלומו של
מידאלי (Midali) תושב ויגאנלה והביאו את השמש לכפר.

מה שהחל כחלום של משוגע הפך למציאות מרתקת בדצמבר 2006 לאחר 7 שנות הפקה, תכנון וביצוע.

סרטון (עברית, 1:32 ד'): באנו חושך לגרש
בבלוג של יהודה בלו רשימות מן התיבה הלבנה, תמצאו תרשים המסביר כיצד מראת שמש זו
פועלת: קרני השמש הגיעו אל הכפר באיחור של 789 שנה
כתבה באנגלית: 'Italy village gets 'sun mirror





סרט סולארי


ב- 24 בספטמבר 2009 התקיים אירוע בינלאומי כמחווה לחשיבה ירוקה:
בישראל ובו זמנית בעוד 45 מדינות הוקרן סרט כחלק מקמפיין שנערך לקראת ועידת קופנהגן 2009. בוועידה זו ייקבעו הסכמים חדשים בין מדינות העולם בנושא פליטת גזי חממה.

ההקרנה יצאה מניו-יורק, שם היא התקיימה באוהל סולארי ענק סמוך לבנייני האומות המאוחדות אשר בהם התקיים ביום זה דיון מיוחד בנושא האקלים, כהכנה לוועידת קופנהגן בדצמבר. הדובר המרכזי בהקרנת הסרט בניו-יורק היה מזכ"ל האו"ם לשעבר קופי ענאן.

היה זה הסרט הסולארי הראשון בישראל, שהקרנתו התבצעה באמצעות מערכת מונעת מאנרגיה סולארית. הוא הוקרן בתל אביב, בירושלים ובבאר שבע.
הסרט שהוקרן הוא עידן הטיפשות.





נקרא על היסודות התאורטיים שעליהם מבוסס האתר נקרא מדברי מורים ותלמידים שטיילו עם מראה נברר את יחסנו למראה ונתאר את המשתקף בה נראה כיצד אמנים מביעים את יחסם למראה נלמד על מראה בתרבויות שונות, בספרות, באגדה ובקולנוע נכיר תופעות הקשורות במראות מסוגים שונים נקרא על מכשירים שיש בהם מראות ונמציא המצאות הקשורות במראות (בהכנה) נפתור חידות ונתנסה במשחקי מראה (בהכנה)
תאריך עדכון אחרון:28/10/2009