קולט שמש

קולט שמש הוא מתקן סולארי שנועד להמיר את קרינת השמש לאנרגיית חום. בניגוד לתאים פוטו־וולטאיים (לוחות סולאריים) שמפיקים חשמל מאור השמש, קולט שמש משמש בעיקר לצורכי חימום – לרוב של מים או אוויר. קולטי שמש הם מרכיב עיקרי במערכות לחימום מים סולארי, כגון דוד שמש ביתי.

קולטי שמש נפוצים בנויים בצורת לוח מלבני שצבעו שחור, כדי להגדיל את יכולת קליטת הקרינה הסולארית. בלוח מותקנים צינורות ממתכת (לרוב נחושת או ברזל), דרכם זורמים מים. קרינת השמש מחממת את פני הקולט, שמעבירים את החום למים שבצינורות – הן דרך מגע ישיר והן מהאוויר החם שנאגר בסביבת הקולט. המים החמים עולים בצינורות אל הדוד ונאגרים בו, בעוד מים קרים יורדים אל הקולט וכך מתבצע מחזור סגור.

השימוש בקולטי שמש נפוץ בעיקר לחימום מים ביתי, אך גם ביישומים תעשייתיים, לחימום בריכות שחייה ולייבוש חקלאי. לפי סקירה שיטתית ומטא־אנליזה, נמצא כי הכדאיות הכלכלית מהווה אחד הגורמים המרכזיים המשפיעים על אימוץ מערכות חימום מים סולאריות במדינות שונות.

בישראל, קולטי שמש מותקנים ברוב הבתים החדשים כחלק מתקנות חובה לחיסכון באנרגיה. במרץ 2022 נכנס לתוקפו התקן הישראלי לבנייה ירוקה – ת"י 5281 – הכולל דרישות לשילוב מערכות סולאריות לחימום מים בבנייני מגורים.

 סוגי קולטי שמש 
שמאל|ממוזער|250px|קולט שטוח סטנדרטי לחימום מים, מותקן על גג רעפים בזווית מיטבית לקליטת קרינה סולארית.
קיימים שלושה סוגים עיקריים של קולטי שמש: קולט שטוח, קולט צינור ואקום וקולט מרוכז.

קולט שטוח הוא הסוג הפשוט והנפוץ ביותר, המתאפיין במבנה של לוח סופג, כיסוי שקוף ושכבת בידוד. הוא מתאים בעיקר לחימום מים או אוויר בטמפרטורות נמוכות, לשימושים ביתיים או מסחריים.

קולט צינור ואקום מורכב מצינורות זכוכית כפולים עם ואקום ביניהם, ומספק ביצועים תרמיים גבוהים יותר במיוחד באזורים קרים או מעוננים.

קולט מרוכז כולל מערכות מיקוד קרני שמש, כמו מראות פרבוליות, ומיועד ליישומים תעשייתיים הדורשים טמפרטורות גבוהות במיוחד – כגון חימום תהליכי או ייצור קיטור.

 עקרון פעולה 
ממוזער|תרשים עקרון הפעולה של מערכת לחימום מים באמצעות קולט שמש: קרינת השמש מחממת את הקולט (1), המים זורמים בצינורות (2) אל מכל אגירה (3) ומשם לצרכנים. המערכת כוללת גם משאבה ובקר (4) ודוד מים (5) לגיבוי.
קולט שמש פועל על עיקרון של קליטת קרינה סולארית והמרתה לחום. קרני השמש חודרות דרך שכבת זכוכית שקופה ומגיעות אל לוח סופג כהה, אשר סופג את הקרינה ומתחמם. החום עובר מצידי הקולט אל נוזל חום (בדרך כלל מים או נוזל תרמי) הזורם בצינורות מתכת המחוברים ללוח הסופג. הלוח והצינורות מבודדים מהסביבה כדי למנוע איבוד חום.

תהליך זה מאפשר חימום הדרגתי של המים אשר נאספים במכל אגירה (כגון דוד שמש), תוך שמירה על מחזור סגור: מים חמים עולים אל הדוד, ומים קרים חוזרים לקולט. היעילות של הקולט תלויה בפרמטרים כגון זווית ההצבה ביחס לשמש, עוצמת הקרינה, אובדן חום לסביבה ואיכות החומרים מהם עשוי הקולט.

 שימושים של קולטי שמש 
קולטי שמש משמשים למגוון רחב של מטרות, הן בסביבות ביתיות והן בתעשייה. היישום הנפוץ ביותר הוא חימום מים במערכות סולאריות ביתיות, כגון דודי שמש. מערכות אלה מנצלות את קרינת השמש להפקת אנרגיה תרמית, ובכך מפחיתות את התלות במקורות אנרגיה חשמליים או פוסיליים.

שימושים נוספים כוללים חימום בריכות שחייה, חימום חללים (בעיקר באזורים קרים), וייבוש חקלאי של תוצרת חקלאית.

בתחום התעשייתי, קולטי שמש משולבים בתהליכים שבהם נדרש חום נמוך עד בינוני – כמו בעיבוד מזון, תעשיית הטקסטיל או תהליכי חיטוי. כמו כן, ישנם יישומים בקנה מידה גדול, בהם קולטי שמש משמשים לייצור קיטור ולהנעת טורבינות כחלק ממערכות לייצור חשמל בטכנולוגיה תרמו־סולארית.

 יתרונות סביבתיים וכלכליים 
קולטי שמש מציעים יתרונות משמעותיים הן מבחינה סביבתית והן מבחינה כלכלית.

בהיבט הסביבתי, השימוש באנרגיה סולארית להפקת חום תורם לצמצום פליטות גזי חממה, מפחית את התלות בדלקים פוסיליים ומסייע במאבק בשינוי האקלים. כיוון שהשמש היא מקור אנרגיה מתחדש, קולטי שמש מאפשרים הפקה של אנרגיה נקייה, ללא זיהום או פליטות מזיקות.

מבחינה כלכלית, קולטי שמש מספקים פתרון אנרגטי בעל עלות תפעול נמוכה יחסית לאחר ההתקנה. אף על פי שהעלות הראשונית עשויה להיות גבוהה, בטווח הארוך המערכות משתלמות בזכות החיסכון בחשמל או בגז. מחקרים מראים כי הכדאיות הכלכלית היא אחת הסיבות המרכזיות לאימוץ טכנולוגיה זו במדינות רבות.

 קולטי שמש בישראל 
בישראל השימוש בקולטי שמש נפוץ במיוחד, הן בבתים פרטיים והן במבני ציבור. האקלים השמשי של המדינה, יחד עם מדיניות ממשלתית המעודדת חיסכון באנרגיה, הובילו לכך שישראל היא מהמדינות המובילות בעולם בשימוש בטכנולוגיה זו.

התקן הישראלי לבנייה ירוקה, ת"י 5281, מחייב התקנת מערכות לחימום מים באמצעות אנרגיה סולארית בבניינים חדשים.

היסטורית, ישראל הייתה מהמדינות הראשונות שהחלו להשתמש בקולטי שמש בקנה מידה רחב, כבר משנות ה-50 של המאה ה-20. משבר האנרגיה העולמי של שנות ה-70 חיזק את המגמה, והוביל לחקיקה ולעידוד ממשלתי בתחום.

קולטי שמש משמשים בישראל לא רק לחימום מים ביתי, אלא גם ביישומים תעשייתיים, כגון חימום תהליכי וייבוש חקלאי. המדינה ממשיכה להשקיע במחקר ופיתוח בתחום, במטרה לשפר את היעילות והקיימות של הטכנולוגיה.

 חידושים טכנולוגיים 
בעשורים האחרונים פותחו מגוון חידושים טכנולוגיים בתחום קולטי השמש, שמטרתם לשפר את היעילות התרמית, להפחית אובדן חום ולהתאים את המערכות לתנאי אקלים משתנים ולשימושים מגוונים.

בין הפיתוחים הבולטים ניתן למנות שימוש בציפויים ננומטריים על גבי הלוח הסופג, המשפרים את קליטת הקרינה ומפחיתים את פליטת החום. כמו כן, פותחו חומרים מבודדים מתקדמים, כגון אווירואוגלים, שמפחיתים את איבוד האנרגיה לסביבה.

חידוש נוסף כולל שילוב של חומרים פאזיים בתוך הקולטים, המאפשרים אגירה של אנרגיית חום למשך שעות הלילה או ימים מעוננים. בנוסף לכך, קיימות מערכות היברידיות המשלבות הפקת אנרגיה תרמית וחשמלית באותו מתקן.

טכנולוגיות מתקדמות אלו צפויות לתרום להרחבת השימוש בקולטי שמש גם באזורים שאינם שטופי שמש, ולהגדיל את תרומתם למערכות אנרגיה מקיימות.

ראו גם
 ננו-נוזלים בקולטי שמש
 דוד שמש
 אנרגיה סולארית
 אנרגיה מתחדשת
 תא פוטו-וולטאי
 קיימות

קישורים חיצוניים



 הערות שוליים

קטגוריה:אנרגיה סולארית