השמש היא המיזוג של העולם

השמש היא המיזוג של העולם

טכנולוגיית המיזוג הסולארי צוברת תאוצה בעולם. החסכון באנרגיה ובמשאבים יחד עם הקטנת זיהום האוויר, מחפים על העלות הראשונית הגבוהה יחסית של הקמת המערכת

אבי אובליגנהרץ
מיזוג אוויר נחשב לצרכן האנרגיה הכבד ביותר של מדינת ישראל בתקופת הקיץ וכמי שצורך כ-45% מכושר ייצור החשמל בכלל. מיזוג האוויר כיום מבוסס על טכנולוגיה של דחיסת אדי חומר הקירור במדחס מונע חשמלית, אבל לו השכלנו להשתמש בטכנולוגיית הקירור בספיגה שמונעת באנרגיה תרמית, יכלנו לחסוך הרבה דלק, חשמל וכסף, ומנגד להקטין את זיהום האוויר וממדי הנזק להתחממות הגלובלית.
לא בכדי יצא בחודש ספטמבר משרד התשתיות הלאומיות במכרז ראשון להקמת שתי מערכות מיזוג אוויר תרמו-סולאריות. המכרז מציע ליזמים שייבחרו, להקים ולתפעל למשך ארבע שנים פיילוט של מערכת מיזוג סולארית - תמורת מימון מדינה בסך של עד 200 אלף שקל, או 30% מעלויות הפרויקט. במשרד התשתיות מעריכים כי עלות ההתקנה של מערכת כזאת שכאמור חוסכת כליל את השימוש בחשמל, תחזיר עצמה בתוך 3-4 שנים. 
 
היסטוריה עשירה
השימוש באנרגיה תרמית ליצירת קירור נעשה לראשונה בתחילת המאה העשרים, עוד בטרם הותקנו רשתות חשמל מרכזיות ובעת שחלוקת האנרגיה לבתים נעשתה בדלק נוזלי או גזי או על-ידי אספקת קיטור מדוד מרכזי. במשך השנים הותקנו רשתות חשמל כמעט על פני כל כדור הארץ, וקירור בדחיסה המונע באמצעות מקור חשמלי דחק את רגלי הקירור באנרגיה המיוצרת ע"י השמש. גם כשלא היה כל יתרון כלכלי בשימוש בטכנולוגיית הקירור הסטנדרטית, שיקולי נוחיות התפעול והתחזוקה הם שהטו בסופו של דבר את הכף.
יפן נותרה המדינה היחידה שבה מערכות קירור ספיגה נפוצות מכיוון שיש בה אספקת גז מרכזית לבתי התושבים. בשנים האחרונות ובמיוחד מאז משבר האנרגיה הנוכחי אליו נקלע העולם, משבר שטמן בחובו עלייה חדה במחירי החשמל והדלק, רשם השימוש באנרגיה תרמית לקירור קאמבק. הצורך במערכות מיזוג וקירור מסיביות וזולות לתפעול הגביר את הביקוש לאנרגיה יעילה ואשר אינה מונעת מחשמל כדוגמת טכנולוגיית המיזוג התרמי. מה גם שניתן לבנות מכונות קור יותר יעילות בטכניקות של קירור רב דרגתי והחלפות חום פנימיות, יחד עם העובדה כי נדרשת תחזוקה מינימלית בלבד למערכות קירור סולארי.
ככל הידוע פועלים כיום עשרות יצרני מכונות ספיגה בעולם כאשר האנרגיה התרמית מועברת בחימום ישיר לגנרטור של מחזורי הספיגה (direct-fired) או בחימום עקיף בעזרת מים חמים או קיטור. מערכות בחימום ישיר זמינות מסחרית בעיקר מתוצרת יפן החל מיכולת של טונות קירור בודדות. מערכות מסחריות מחוממות בקיטור, חד דרגתיות ניתן למצוא החל מכ-100 טון קירור אבל מקדם הביצוע שלהן נמוך יחסית, COP 0.7. מערכות מסחריות מחוממות קיטור דו דרגתיות מגיעות ל-1.2 COP, כלומר יעילות מאוד אלא שהקטנות ביותר בשוק לא ירדו עד לאחרונה מתחת לכ-300 טון קירור. כיום ניתן כבר לרכוש מכונות ספיגה דו-דרגתיות בעלות רמת ביצועים ואמינות גבוהה בהספקים של 50-100 טון קירור, ובעתיד הלא רחוק ירדו ההספקים בעיקר לטובת המגזר הביתי.
 
הגורם הכלכלי
טכנולוגיית המיזוג הסולארי פותחה בישראל כבר לפני כ-30 שנה, אולם לא הצליחה להתרומם בשל עלויותיה הגבוהות. מערכת המיזוג הסולארית הראשונה בישראל נבנתה כבר ב-1985 במרכז הרפואי תל השומר. כעבור שש שנים הופסקה פעילות המערכת לדברי אדי בית הזבדי, מרכז בכיר לתקינה במשרד התשתיות, בגלל מחלוקת בין הנהלת בית החולים למשרד התשתיות בנוגע לתקצוב אחזקת המערכת.
בית הזבדי סבור שהגורם הכלכלי הנו הסיבה העיקרית לכך שמערכת המיזוג הסולארי מעולם לא תפסה תאוצה בארץ. "בעוד שהצרכן יכול לקבל זיכוי ממס הכנסה על השימוש במערכת מיזוג קונבנציונלית הצורכת חשמל, הרי שבמערכת סולארית שההשקעה בה מאוד גבוהה, לא ניתן נכון להיום לקבל כל החזר כספי. אני מקווה שאנשי משרד האוצר שאמונים על נושא המיסוי הירוק וערים לבעיה, ישנו את המדיניות הקיימת".
מה גם כי למרות שאחד היתרונות של מערכת מיזוג אוויר מבוססת אנרגיה סולארית הוא בחפיפה בזמנים של שעות שופעות שמש, עם שעות הצריכה המרבית - יש יתרון כלכלי נוסף באגירה תרמית. הכוונה היא לאגירת חום, לפני שהוא מגיע למכונת הספיגה או לחילופין אגירת קור, לפני העבתו לאוויר שמתפזר במבנה. במתקן הנוכחי הכוונה לאגור חום ע"י צבירת השמן התרמי החם, ושימוש בעודף השמן לצורכי קירור. פתרון זה יעיל למיזוג אוויר שבו כאמור קיימת חפיפה כמעט מלאה בין שעות השמש ושעות השימוש, והאגירה הנדרשת רק לאבטחת פעולה רציפה וחלקה של מערכת המיזוג ולפעמים לתפעול של שעה עד שעתיים ללא שמש.
 
מערכת ניסיונית בטכניון
באחרונה דווח כי צוות מפתחים מהטכניון בחיפה, בראשות פרופ' גרשון גרוסמן (ר' מסגרת), פיתח אבטיפוס של מערכת מיזוג אוויר הפועלת באמצעות החום המגיע מקרני השמש. למערכות מיזוג האוויר יש שני תפקידים עיקריים: הורדת הטמפרטורה של האוויר, והורדת הלחות. בתנאים מסוימים, למשל, בתנאים השוררים בקיץ במישור החוף, הורדת הלחות היא משימה לא פחות קלה מאשר הורדת הטמפרטורה. גרוסמן מסביר כי "החידוש במערכת שיצרו בטכניון הוא המעגל הסגור של מיזוג האוויר, שמשלב בתוכו מנגנון לייבוש החומר סופג הלחות, מה שמאפשר פעולה רציפה של המיזוג, ממש כמו מזגן אוטומטי". 
המערכת הניסיונית, המותקנת על גג בניין הפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, מייצרת לדברי גרוסמן, 16 קילו וואט חשמל למיזוג אוויר, ומשתמשת בחום המסופק על ידי קולטי שמש שטוחים, הדומים במהותם לקולטי השמש הביתיים. "בשלב זה המערכת לא מסוגלת לספק את צורכי מיזוג האוויר של בניין שלם, אלא רק של קומה אחת בבנין, אך בעתיד ניתן יהיה לשכלל את המערכת ולהגדיל את היקף תפוקת מיזוג האוויר". 
לפי הערכות מומחים, יש כדאיות כלכלית ברכישת המערכת, משום שעלותה יכולה להשתוות לעלות של הפעלת מזגן רגיל בשעות השיא במשך כמה שנים.  
 
 
מזעור המערכת
טכנולוגיית מיזוג אוויר סולארי מורכבת משלוש מערכות: מערכת ספיגה תרמית, מערכת עזר כמו מגדלי קירור וכדומה, ומערכת ייצור אנרגיה. כדי לנצל את אנרגיית השמש למיזוג אוויר יש להציב קולטי שמש רגילים בשטח חשוף לשם חימום מים. המים מועברים דרך "מכונת ספיגה" (מתקן המורכב מחומרים כדוגמת ליתיום ברומיד), שסופגת את החום תוך כדי קירור המים ומזרימה את המים הקרים לצנרת המיזוג בבניין. 
מדובר בהתקנת כמות גדולה של קולטים ומתקן ספיגה והמרה מחום לקור באמצעים כימיים ולא בחשמל.
אחד האתגרים הגדולים בטכנולוגיית המיזוג הסולארי הוא מזעור המערכת. כיום לקירור של 150 מ"ר יש צורך ב-50 מ"ר של קולטים. לכן הפתרון כדאי יותר בשלב זה בעיקר לגופים גדולים עם שטח גג או אחר גדול למיקום הקולטים, ובשלב הבא גם לבתים פרטיים. תיבדק האפשרות להעניק הנחות משמעותיות בתמחור המערכות כתמריץ להתקנתן.
 
מערכות קלות להתקנה ותפעול 
מערכת ייצור האנרגיה היא זו שמקפיצה את העלויות בשלב ההתקנה. מחישוב שעשו אנשי משרד התשתיות ביחד עם מומחים חיצוניים, התברר כי עלותה של מערכת בת 50 טון קירור הוא כ-150-170 אלף דולר, מחיר הגבוה פי כמה מעלות הקמת מערכת קירור סטנדרטית באותו סדר גודל. עם זאת, בית הזבדי אינו נרתע מהעלות הגבוהה והראיה היא שיותר ויותר מדינות נכנסות בהדרגה לשימוש במיזוג אוויר סולארי, תוך שהן משקיעות בשיפור הנצילות של מערכות ספיגה והקטנת העלות של מערכת המיזוג התרמית.
"אפשר בהחלט לבנות לכל צרכן דוגמת בית מלון באילת או מפעל בקרית שמונה, איזשהיא חבילה שבהחלט תהפוך את השימוש במערכת מיזוג סולארית לכדאית יותר בטווח של 7-8 שנים לכל היותר, וללא כל סיוע ממשלתי". מה גם שמחירי האנרגיה לא ישארו כפי שהם כיום לאור ההפרטה הצפויה של חברת החשמל. במקביל, צריך לדעת בית זבדי לשאוף לפיתוח מערכות קלות להתקנה ותפעול "אותן כל שרברב או בעל מקצוע אחר יוכל להתקין".
קרוב למחצית מצריכת החשמל של מדינת ישראל מושקע כיום במיזוג וקירור, כאשר בשיא הביקוש כ-60% מייצור החשמל מופנה לנושא בקיץ ובחורף כאחד, בשל השימוש ההולך וגובר במזגנים לחימום וקירור.
במסגרת כנס בינלאומי למיזוג אוויר סולארי שנערך בשנה שעברה בבטרגונה, ספרד הציגו חוקרים ויצרנים מכל רחבי תבל מחקרים על חומרי ספיגה שונים, טכנולוגיות ושלל מערכות חמיזוג בלבד, ומערכות משולבות למיזוג, קירור וחימום מים הנמצאות בשלבים שונים של יישום ותפעול. בית הזבדי מעיד שסין משקיעה מאמצים רבים בנושא ועשויה ליטול את ההובלה העולמית בייצור ופיתוח מערכות משולבות. אחד המרצים הסיניים אף הבהיר שהוא ועמיתיו שוקדים על הוזלת העלויות באורח ניכר לכדי 350-450 דולר לטון קירור פר מערכת מיזוג סולארית.
 
הובלת המיזוג הסולארי
מדינת ישראל נחשבת לאחת המדינות המובילות בעולם בקטגוריית חימום מים באמצעות אנרגיה סולארית. ישראל ניצבת במקום השני בעולם אחרי קפריסין, בשימוש בקולטי שמש אשר מותקנים בלמעלה מ-85% מבתי האב בארץ. בית הזבדי משוכנע כי  ניתן לבנות מערכות המשלבות חימום מים עם מיזוג סולרי ולהגדיל את נצילות השימוש במערכת. "נכון להיום טכנולוגיה של מיזוג אוויר סולרי מתאימה בעיקר לצרכנים שצריכת הקור שלהם גדולה. השוק דוחף גם מערכות ביתיות שאמורות לספק מים חמים בחורף, מיזוג ומים חמים בקיץ".
העלייה ברמת החיים והירידה במחירי המזגנים הפכה את ישראל בעשור האחרון למיני מעצמה בתחום מיזוג אוויר. אחוז החדירה של המזגנים הוא מהגבוהים בעולם וניצב על כ-84%, כאשר ממוצע המזגנים לבית אב הוא כ-2 מזגנים והיד עוד נטויה. לאור העלייה הצפויה בטמפרטורה בשנים הקרובות בשל תופעת ההתחממות הגלובלית, אין מנוס משימוש באנרגיה זולה וידידותית לסביבה כתחליף לאנרגיה הקונבנציונלית, היקרה והמזהמת. מה גם שלהערכת אנשי משרד התשתיות פוטנציאל החיסכון בהתקנת מערכות מיזוג תרמו-סולאריות בישראל  הוא כ--800 מגה-ואט - כלומר שווה ערך לשתי תחנות כוח המופעלות בגז טבעי. 
יותר ויותר מדינות כמו ספרד, הודו, סין, גרמניה ויפן מכניסות כיום לשימוש ביתי מערכות קירור בנות 20 קילוואט אשר מחליפות את קולטי השמש באספקת מים חמים, וגם משמשות למיזוג הבית. "ישראל היתה המדינה המובילה בעולם בתחום החימום הסולארי, וחבל שלא נהיה הראשונים גם בתחום המיזוג הסולארי. יש לנו את כל הידע והיכולות הנדרשות, ואני יכול להבטיח שמשרד התשתיות יוביל את המאמץ הלאומי בנושא", מבטיח בית הזבדי.
 
בוקסה 
קירור ומיזוג אוויר בעזרת אנרגיית השמש
פתיח מיזוג סולארי יכול לסייע רבות בפתרון מצוקת החשמל זו, ולחסוך באנרגיה ראשונית ובזיהום
פרופ' גרשון גרוסמן
הפקולטה להנדסת מכונות, הטכניון – מכון טכנולוגי לישראל
 
השימוש באנרגיית השמש לקירור ומיזוג אוויר מעורר עניין רב ומהווה אחת האפשרויות האטרקטיביות במיוחד לניצול מקור אנרגיה זה. בדרך כלל הדרישה לקירור ומיזוג גוברת ככל שרבה יותר עצמת הקרינה (להבדיל מחימום סולארי – שם המצב הפוך). לכך יש להוסיף את תופעת ההתחממות הגלובאלית לצד הדרישה הגוברת לנוחות תרמית. שיא הביקוש לחשמל בישראל עבר כבר לפני מספר שנים מן החורף אל הקיץ ומקורו בדרישה למיזוג אוויר במגזר העסקי והציבורי. מיזוג סולארי יכול לסייע רבות בפתרון בעיה זו, ולחסוך באנרגיה ראשונית ובזיהום.
קירור ומיזוג סולארי הינו בין השיטות המסובכות, מבחינה טכנולוגית, לניצול אנרגיית השמש. ניתן לחלק את השיטות הקיימות לשתי קבוצות עיקריות: מערכות סגורות ומערכות פתוחות. לסוג הראשון שייכות בעיקר משאבות חום מטיפוס ספיגה (absorption); לסוג השני שייכות מערכות ייבוש בעזרת חומרים היגרוסקופיים (desiccants) והרטבה מבוקרת. 
מערכות ספיגה קיימות כיום באופן מסחרי ובגדלים שונים. הסוג הנפוץ ביותר הוא מערכות חד-שלביות המשמשות בעיקר לייצור קור תוך שימוש בחום שיורי או מקור חום אחר בטמפרטורות של כ-85 מ"צ. מערכות כאלה ניתנות לשימוש מיידי לקירור סולארי, ללא צורך בפיתוח נוסף, ע"י שילובן עם מערכת קולטי שמש לאספקת החום. עוד בסוף שנות ה-70 בוצע פרויקט מסוג זה ע"י חברת תדיראן (אש"ד) בבית החולים תל-השומר בהיקף של 200 טון קירור (כ-700 קילוואט). היה זה אחד הפרויקטים הסולאריים הגדולים שנבנו אי פעם (לא רק בישראל שלא בעולם כולו) אך מסיבות שונות לא היה לו המשך. כיום קיימים בעולם מתקנים דומים המבוססים על מערכות ספיגה, בעיקר בארצות דרום אירופה.
מערכות ייבוש בעזרת דסיקנטים (מוצקים או נוזלים) הן למעשה מערכות ספיגה במחזור פתוח, כאשר הדסיקנט הוא החומר הסופג והלחות שבאוויר היא הקרר (refrigerant). מערכות כאלה מופעלות במספר פרויקטי הדגמה אך דורשות עדיין פיתוח למיצוי הפוטנציאל שלהן. מערכת כזו המשתמשת בדסיקנט נוזלי (תמיסה מימית של ליתיום כלוריד) מפותחת בטכניון. למערכות מסוג זה יתרונות רבים, ביניהם עבודה בלחץ הסביבה ואפשרות אגירת כושר קירור ע"י אגירת דסיקנט במצב מרוכז, בצורה קומפקטית וללא צורך בבידוד.
קיימת מודעות הולכת וגוברת למיזוג אוויר סולארי, בעיקר בארצות אירופה. קיימת תכנית לשת"פ בנושא במסגרת Task 38 של ה-IEA :Solar Heating and Cooling וחשוב שישראל לא תישאר מחוץ לו.
 
 










פי.סי.חץ