שעון החורף, שמוריד על כולנו חשיכה בטרם עת בימים אלה, לא מאפשר להתעלם מאחד המשאבים המפוספסים בארץ – השמש. במדינה ברוכה בשעות שמש, הורגלנו לחשוב שיש להיזהר מפניה: לדאוג להצללה, לסגור את התריסים ולמרוח קרם הגנה. רק שהשמש, וזה לא חדש, היא גם משאב אדיר של אנרגיה תרמו-סולארית שהופכת קרינה לחום, כדוגמת הדוד המחמם את המים בעזרת קרינת השמש או אנרגיה פוטו-וולטאית ההופכת קרינה לחשמל. את החשמל הנוצר מאנרגיית השמש ניתן לאגור בסוללה מקומית, או לחבר לרשת החשמל ולהפוך לנקודת יצור נוספת. ייצור השיא בארצות חמות כמו שלנו מתרחש, בדרך כלל, בשעות שבהן הביקוש בשיאו.
תיק סולארי, פרי שיתוף פעולה של חברת העיצוב הדנית Diffus Design, החברה השווייצית Forster Rohner ומרכזי המחקר Alexandra Institute ו Center for Software Innovation. צילום: Lisbeth Holten .
בתחום עיצוב המוצר, נעשו בשנים האחרונות מאמצים לשלב בצורה מעניינת מערכות פוטו-וולטאיות כחלק מעיצוב של גופי תאורה, תיקים, בגדי ספורט ועוד. בתמונה למעלה רואים תיק שמשולבים בו תאים סולאריים, והוא תוצר של שיתוף פעולה רב-משתתפים כמו חברת העיצוב הדנית Diffus Design, חברת הרקמה השווייצית Forster Rohner ומרכזי המחקר Alexandra Institute ו-Center for Software Innovation. התיק, שיוצע למכירה החל מהשנה הבאה, מייצר אנרגיה שמספיקה לטעינה של מכשיר טלפון סלולרי או מחשב נייד. האדריכלות, להבדיל מעיצוב המוצר, עדיין שמרנית מאוד ביישומים הסולאריים, ורוב המערכות מוצנעות על הגג או פרושות בחוות שכוחות אל באזורים נידחים.
BIPV - Building Integrated Photo Voltaic
המושג Building Integrated Photo Voltaic מייצג גישה חדשה, המבקשת לקחת את הנושא הסולארי צעד קדימה גם באדריכלות, במגמה להטמיע את התאים הסולאריים בחומרי הבנייה עצמם ובמראה הכללי של המבנה. המהפכה הטכנולוגית בשוק ה-BIPV מתאפשרת, בין היתר, הודות למעבר מהתאים הגבישיים - שמגיעים בפאנלים המזכירים מרחוק במראם את קולטי השמש - לתאי CIGS ו-DSC שמיוצרים בצביעה או בהדפסה. התאים החדשים חסכוניים יותר בחומר פעיל, קלים במשקל, בעלי שקיפות וגמישות חלקית. רבים מהפיתוחים החדשים מתבססים על טכנולוגיית Thin film PV, שבה משולבים תאים פוטו-וולטאיים בהדפסה על יריעה גמישה פולימרית. את היריעה ניתן לתלות על חזית הבניין, כפי שאפשר לראות בביתן (הפביליון) הסולארי באוניברסיטת פוטסדאם בגרמניה. האדריכלים Architects Ortner + Ortner ניצלו כאן את השקיפות החלקית של היריעה.
מבט מבחוץ על הביתן הסולארי באוניברסיטת פוטסדאם. תכנון: Ortner&Ortner Baukunst צילום Schnepp Renou
מבט מבפנים על הפביליון הסולארי באוניברסיטת פוטסדאם בתכנון Ortner&Ortner Baukunst צילום Schnepp Renou
בפרויקט מחקרי שעשינו לפני כמה שנים במחלקה לעיצוב פנים - מבנה וסביבה במכללת שנקר, בשיתוף חברת אינטרדן בע"מ, ביקשו הסטודנטים דורין גשינוב וחזי מאור לנצל את הגמישות ואת משקלן הקל של היריעות. השניים הציעו להצמיד את היריעות לכריות אוויר שקופות, ולהשתמש בהן לייצור אנרגיה סולארית, כמו גם להצללה ולקירוי מפתחים גדולים.
הצעתם של הסטודנטים חזי מאור ודורין גשינוב, שפותחה לפרוטוטייפ ניסיוני. צילום: רונן בן ארי, "מימד נוסף"
מערכות הצללה ומערכות לייצור אנרגיה סולארית מתאפיינות בכיווניות זהה: שתיהן מנסות להימצא בהפניה ניצבת לשמש, וכמה מתבקש לאחד בין שני השימושים. דוגמה לחזית אקלימית כזו אפשר לפגוש במגדל המשרדים FKI בקוריאה, בתכנוןAdrian Smith & Gordon Gill Architecture, המחלק את החזית לפתחים שקופים ולאזורי הצללה סולאריים.
FKI מגדל משרדים בקוריאה Adrian Smith + Gordon Gill Architecture צילום Adrian Smith + Gordon Gill Architecture
ביטוי מעניין נוסף לאותו רעיון, של שילוב בין הצללה לייצור אנרגיה סולרית, נמצא בווילון הסולארי, פרי פיתוח של שילה קנדי (Sheila Kennedy), אדריכלית ופרופסורית במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT). הקונפליקט המשמעותי בין הרצון להשאיר חזית בעלת שקיפות מירבית, מחדירה אור טבעי ומאפשרת מבט, לבין הרצון לייצר אנרגיה סולארית, מקבל מענה בפיתוח שמתרחש בימים אלה במעבדות באוניברסיטת UCLAבקליפורניה. החוקרים בראשותו של הפרופסור Yang Yang הצליחו ליצור זכוכית סולארית עם שקיפות של כ-70%, המאפשרת מבט החוצה כמעט כמו בחלון רגיל. תחשבו כמה הגיון יהיה למגדלי הזכוכית שמוקמים אצלנו בכל מקום ופינה, כשהם כל כך לא מתאימים לאקלים המקומי, אילו החזיתות שלהם ידעו לפחות לייצר חשמל.
זכוכית סולרית בשקיפות של 70%. פיתוח של אוניברסיטת UCLA צילום: Dr. Rui Zhu of UCLA
הנה עוד פיתוח מעניין שמשלב אנרגיה פוטו-וולטאית עם אנרגיה תרמית. הרעפים היפהפיים שלSolTech Energy הם שקופים, ומתחתם נמצא נוזל שקוף הקולט את אנרגיית השמש והופך אותה לאנרגיית חום, המאוחסנת במכלים מיוחדים המחוברים למערכת החימום של הבית. מכיוון שהרעפים שקופים, אפשר לפרוש מתחתם יריעה סולארית - הרעפים מגינים עליה, וייצור חשמל מתוסף לחגיגה. מאחר שהרעף שקוף ומחדיר את אור השמש פנימה, הפתרון רלוונטי בעיקר לארצות קרות כמו שוודיה - שם אכן הרעפים מיוצרים - ופחות לארצנו החמה.
רעף סולרי שקוף, פיתוח של SolTech Energy
גג בחיפוי רעפים סולאריים שקופים, תוצרת SolTech Energy
למה חשוב לשלב את החומר הפוטו-וולטאי באופן אינטגרלי בחומרי הבנייה?
ראשית, ברגע שהמערכת הסולארית אינה קבורה רק על הגג אלא פרושה על כל המעטפת, גדל באופן ניכר השטח לייצור אנרגיה. במגדלי עזריאלי בתל אביב, למשל, היחס בין שטח הגג לשטח המעטפת הוא בערך 1:17. אז נכון שחלק מהמעטפת מוצללת וייצור אנרגיה על המעטפת פחות יעיל מאשר על הגג, אבל סדרי הגודל בהחלט לא מבוטלים.
שנית, חומרי BIPV מאפשרים להתקדם לקראת התייעלות אנרגטית - אפס אנרגיה. אם כיום יש מערכת אחת שעושה הצללה, מערכת אחת שמהווה את מעטפת הבניין ומערכת אחרת שמייצרת חשמל, למה שלא יהיה מוצר אחד שעונה על כל הצרכים? מערכות כאלה, כפי שהראינו להלן, מתחילות להיות מפותחות. רובן עדיין נדירות ויקרות, אבל בעתיד הן יאפשרו לנו לחסוך במשאבים ובאנרגיות ייצור ותחזוקה.
ושלישית, והכי חשוב - יש כאן פוטנציאל לחדשנות בעיצוב ובארכיטקטורה. עם כל הכבוד לתקנים לבנייה ירוקה בארץ ובעולם, אין סיבה שמבנה ירוק ייראה כמו מבנה רגיל. כשייצור האנרגיה משתלב בצורה מעניינת במעטפת המבנה ומשפיע עליה, נוצרת אדריכלות שמדברת את היותה ירוקה, ויש לכך ערכים הסברתיים אדירים.
בימים אלו אנו עובדות על החיבור בין חומרי בנייה מפלסטיק ליצור אנרגיה סולארית, במסגרת מחקר משותף של המחלקה לעיצוב פנים - מבנה וסביבה ו המחלקה להנדסת פלסטיקה בשנקר, בשיתוף תעשיית הבניה הישראלית. מבטיחות לשוב עם עדכונים חמים בקרוב.
