אנרגיה מתחדשת

• כיתה ט’
• אנרגיה וחום
• 6 דקות קריאה

מה זה אנרגיה מתחדשת, מאיפה היא מגיעה, ואיך השמש, הרוח והמים הופכים לחשמל בבית. עם טבלת מקורות, היתרונות והחסרונות, ותרגיל פתור על לוח סולארי ונצילות.

התשובה בקצרה

ההבדל בין אנרגיה מתחדשת לאנרגיה שאינה מתחדשת הוא בשאלה אם המקור נגמר:

1. אנרגיה מתחדשת: אנרגיה ממקורות שמתחדשים בטבע כל הזמן, כמו השמש, הרוח, מים זורמים, חום מבטן האדמה וחומר צמחי.
2. אנרגיה שאינה מתחדשת: פחם, נפט, גז טבעי ואורניום. הכמות שלהם בכדור הארץ מוגבלת, ומה ששורפים או מנצלים לא חוזר.
3. בכל מקרה יש המרה: כל תחנת כוח ממירה צורה אחת של אנרגיה לאנרגיה חשמלית, ותמיד חלק מהאנרגיה הולך לאיבוד כחום.

למי זה מיועד: לתלמידי כיתה ט’, ולכל מי שרוצה להבין מאיפה מגיע החשמל בשקע. כדאי להכיר קודם את צורות האנרגיה ואת חוק שימור האנרגיה, שמוסברים בעמוד אנרגיה. החישובים כאן משתמשים בנצילות ובהספק חשמלי.

מה זה אנרגיה מתחדשת

אנרגיה לא נוצרת יש מאין ולא נעלמת. היא רק עוברת מצורה לצורה. כשמייצרים חשמל, בעצם לוקחים אנרגיה שכבר קיימת בטבע וממירים אותה לאנרגיה חשמלית. השאלה היא מאיזה מקור.

בתחנת כוח רגילה שורפים דלק, כמו פחם או גז טבעי. האנרגיה הכימית שבדלק הופכת לחום, החום מרתיח מים, הקיטור מסובב טורבינה, והטורבינה מסובבת גנרטור שמייצר חשמל. הבעיה: הדלק נוצר במשך מיליוני שנים, ומה שנשרף לא חוזר. בנוסף, השריפה פולטת פחמן דו־חמצני ומזהמים לאוויר.

אנרגיה מתחדשת מגיעה ממקורות שהטבע ממלא מחדש כל הזמן. השמש זורחת כל יום, הרוח ממשיכה לנשוב, והגשם ממלא מחדש את הנהרות. המקורות האלה לא נגמרים, אבל הם מוגבלים בזמן ובמקום: אי אפשר לקבל אנרגיה סולארית בלילה, או אנרגיית רוח ביום בלי רוח.

מקורות אנרגיה מתחדשת

כמעט כל המקורות המתחדשים מגיעים בסוף מהשמש. השמש מחממת את האוויר בצורה לא אחידה ויוצרת רוחות. היא מאדה מים מהים, והמים חוזרים כגשם וזורמים בנהרות. והצמחים אוגרים את האנרגיה של אור השמש בפוטוסינתזה. יוצא הדופן העיקרי הוא האנרגיה הגאותרמית, שמגיעה מהחום שבתוך כדור הארץ.

המקור	שרשרת ההמרה	יתרון	חיסרון
שמש (לוח סולארי)	אור ← חשמל, ישירות, בלי חלקים נעים	אפשר להתקין על כל גג	לא מייצר בלילה, ופחות ביום מעונן
רוח	אנרגיית תנועה של האוויר ← סיבוב הטורבינה ← חשמל	מייצרת גם בלילה	תלויה ברוח, וצריכה מקום פתוח
מים (תחנה הידרואלקטרית)	אנרגיית גובה של המים ← אנרגיית תנועה ← חשמל	אפשר לשלוט מתי מייצרים	צריך נהר גדול או מפל, וסכר משנה את הסביבה
חום מבטן האדמה (גאותרמי)	חום ← קיטור ← טורבינה ← חשמל	יציב, כל שעות היממה	אפשרי רק באזורים מסוימים
חומר צמחי ופסולת (ביומסה)	אנרגיה כימית ← חום ← חשמל	מנצל פסולת	שורפים אותו, ולכן יש פליטות

תרגיל פתור

הנתונים: על גג של בית יש לוחות סולאריים בשטח כולל של 10 מטר רבוע. בצהרי יום בהיר, כל מטר רבוע מקבל מהשמש 1,000 וואט. הנצילות של הלוחות היא 20%.
השאלה: מה ההספק החשמלי של הלוחות? וכמה אנרגיה חשמלית הם ייצרו ב־5 שעות של שמש מלאה?

1. ההספק של אור השמש שפוגע בלוחות: P_in = 10 · 1,000 = 10,000 W
2. ההספק החשמלי, לפי הנצילות: P_out = 0.2 · 10,000 = 2,000 W = 2 kW
3. האנרגיה ב־5 שעות: E = P · t = 2 kW · 5 h = 10 kWh

התשובה: הלוחות מייצרים 2,000 וואט, בדיוק ההספק של קומקום חשמלי טיפוסי. ב־5 שעות של שמש מלאה הם מייצרים 10 קילוואט־שעה. שאר 80 אחוז מאור השמש הופכים לחום, או מוחזרים מהלוח. P ≈ 2 kW · E ≈ 10 kWh

אנרגיה מתחדשת בישראל

בישראל יש הרבה שמש, ולכן רוב האנרגיה המתחדשת כאן סולארית. כבר בשנת 1980 נחקק חוק שמחייב להתקין דוד שמש בכל בית מגורים חדש, חוץ מבניינים גבוהים שאין בהם מספיק מקום על הגג. דוד השמש לא מייצר חשמל, אלא ממיר את אור השמש ישירות לחום שמחמם את המים.

בנגב, ליד אשלים, פועל מתחם גדול של תחנות כוח סולאריות. בחלק מהן יש לוחות סולאריים רגילים, ובאחרות מראות מרכזות את אור השמש והופכות אותו לחום. באחת מהן אלפי מראות מכוונות את האור אל ראש של מגדל גבוה. החום במגדל מרתיח מים, והקיטור מסובב טורבינה. הממשלה הציבה יעד שעד שנת 2030 כ־30 אחוז מייצור החשמל במדינה יגיעו ממקורות מתחדשים.

איפה רואים את זה בחיים

• דוד השמש

  על רוב הגגות בישראל יש דוד שמש. בקיץ המים חמים בלי ללחוץ על שום מתג, ובחורף מעונן צריך להדליק את החימום החשמלי.

• מחשבון כיס

  לחלק מהמחשבונים יש פס כהה קטן מעל המסך. זה תא סולארי קטן, שמספיק כדי להפעיל אותם בלי סוללה.

• מנורת גינה סולארית

  ביום התא הסולארי טוען סוללה קטנה, ובלילה הסוללה מדליקה את הנורה. זו בדיוק הבעיה של אנרגיה סולארית, ויש לה פתרון: אגירה.

שאלות נפוצות

מה זה אנרגיה מתחדשת?

אנרגיה ממקורות שמתחדשים בטבע ולא נגמרים, כמו השמש, הרוח, מים זורמים, חום מבטן האדמה וחומר צמחי. המקורות האלה לא נגמרים, אבל הם לא זמינים בכל מקום ובכל שעה.

מה ההבדל בין אנרגיה מתחדשת לאנרגיה שאינה מתחדשת?

אנרגיה שאינה מתחדשת מגיעה ממקורות מוגבלים, כמו פחם, נפט, גז טבעי ואורניום. כשמשתמשים בהם, הם נגמרים. אנרגיה מתחדשת מגיעה ממקורות שהטבע ממלא מחדש כל הזמן.

מה החסרונות של אנרגיה מתחדשת?

החיסרון העיקרי הוא שהיא לא תמיד זמינה: אין שמש בלילה, ולפעמים אין רוח. לכן צריך לאגור אנרגיה, למשל בסוללות גדולות, או לשלב כמה מקורות. בנוסף, תחנות סולאריות וחוות רוח צריכות שטח גדול.

האם אנרגיה סולארית ואנרגיית שמש זה אותו דבר?

כן. ״סולארי״ פירושו ״של השמש״. יש שתי דרכים עיקריות לנצל אותה: לוח סולארי, שממיר אור לחשמל, ודוד שמש או תחנה עם מראות, שממירים אור לחום.

הספק, אנרגיה ונצילות מבלבלים אתכם?

בקורס הפיזיקה לכיתה ט’ יש פרקים על אנרגיה חשמלית ואנרגיית חום, וכל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והגישה ללא הגבלת זמן.

לקורס כיתה ט’

או מתחילים בחינם: חוברת הפיזיקה לכיתה ט’, להורדה