דוד שמש מגישה: ורוניקה קריסקו.

דוד שמש דוד שמש הוא מתקן הנפוץ ביותר במדינת ישראל שמנצל את האנרגיה הטיבעית-אנרגיית השמש. אנרגיית השמש זמינה לאורך כל ימות השנה מלבד 60 ימי גשם בממוצע. דוד השמש משמש לחימום של מים לצרכים שונים כגון: מקלחת, ברזי כיור במטבח וכו'. דוד השמש מבוסס על קולטי השמש שהופכים מאנרגיה סולרית לאנרגיית חום.

אנרגיה אנרגיה היא מושג מופשט. את רוב צורות האנרגיה לא ניתן לראות, להריח או למשש. לאנשים ולחפצים יש אנרגיה, אבל אנו מבחינים בה בתהליכים בלבד, רק שחלים שינויים בצורות שלה. אנרגיית שמש אנרגיית השמש היא אנרגיית הקרינה המגיעה אלינו מן השמש המרוחקת מאתנו כמאה וחמישים מיליון קילומטרים. אנרגיית הקרינה של השמש היא המקור העיקרי (אך לא הבלעדי) לאנרגיה הניתנת לניצול על פני כדור הארץ. פחם, נפט, גז טבעי, אנרגיית התנועה של הרוח, אנרגיית הגובה של מים, אנרגיה כימית מתהליך השריפה של ביומסה - מקורם באנרגיית הקרינה של השמש.

קרינה חום השמש מגיע אלינו דרך חלל, עובר דרך אטמוספרה ומחמם את פני כדור הארץ .החום אינו מגיע עד שכבת האטמוספרה בתהליך הסעה או הולכה, כי בין השמש והאטמוספרה אין שום חומר (חלל הריק). גם דרך האטמוספרה אין חום עובר בתהליך הולכה, כי אוויר הוא מוליך חום גרוע. חום גם לא עובר דרך הסעה כי הסעה מתחילה רק לאחר התחממות הקרקע. החום עובר בדרך אחרת. דרך זו היא קרינה. השמש היא המקור לאנרגיית קרינה. אבל לא רק השמש, אלא כל גופים קורנים אנרגיית קרינה. כאשר אתם יושבים ליד תנור חם, תרגישו קרינת חום ותראו את צבע האדום של הגחלים. גם גוף האדם פולט אנרגיית קרינה, אבל אותה העין לא מסוגלת לראות. כאשר קרינה פוגעת בחומר, הוא מתחמם וטמפרטורה שלו עולה. מידת התחממות החומר תלויה בטיב החומר ובצבע שלו. גופים שחורים בולעים את רוב אנרגיית חום ומתחממים יותר. גופים לבנים מחזירים את רוב אנרגיית חום ומתחממים פחות.

קרינת שמש קרינת שמש השמש פולטת קרינה אל כל הכיוונים, חלק מהקרינה מגיעה אל פני כדור הארץ. בתוך הקרינה שמגיעה אל כדור הארץ ישנה קרינה שאינה רואים עם העין כמו הקרינה האולטרה סגולית והקרינה האינפרה אדומה וחלק מהקרינה אכן כן ניראת. הקרינה מכילה צבעי הקשת: אדום, כתום, צהוב, ירוק, כחול וסגול. (אור לבן- מכיל את כל ציבעי הקשת). קרינה אינפרה אדומה קשורה לחום, כשגוף מתחמם הוא פולט קרינה אינפרה אדומה.

גוף שחור שפוגע בו אור בולע את כל משפוגע בו ולא מחזיר כלום. נפיצה נפיצה היא פירוק האור הלבן לצבעיו. דוגמאות לנפיצה, היא הקשת בענן, דיסק, ומנסרה משוולשת. אור שפוגע בחומר שקוף יכול, לעבור לצד השני (שבירה) או לחזור בחזרה (החזרה) או שהוא יכולל להיבלע בתוך החומר (בליעה). לגוף שיש צבע מסויים (לדוגמא כחול) יש תכונה שכאשר פוגע בו אור לבן הוא בולע את כל הצבעים ומחזיר אך ורק את הצבע שלו. צבע לבן של גוף זה אומר שכשפוגע בו אור לבן הוא מחזיר את כל הצבעים שפגעו בו. גוף שחור שפוגע בו אור בולע את כל משפוגע בו ולא מחזיר כלום.

ניצול אנרגיית השמש

אנרגיית חום אם תגעו בתנור חם תעבור אנרגיה מהתנור אל ידכם, משום שטמפרטורת התנור גבוהה יותר מזו של היד. לעומת זאת, אם תגעו בקוביית קרח, תעבור אנרגיה מהיד אל הקרח. כיוון מעבר האנרגיה הוא תמיד מהחם אל הקר. האנרגיה המעוברת מחומר אחד למשנהו בשל הפרשי טמפרטורה ביניהם. אנרגיה זו נקראת חום. *אנרגיה יכולה לעבור מגוף לגוף. *אנרגית חום עוברת רק מגוף חם לגוף קר .

כיצד חום עובר מגוף לגוף? במוצקים: אם תחזיקו מסמר בידכם ואת צידו השני תכניסו ללהבה, תוך זמן קצר המסמר התחמם כך שלא תוכלו להחזיק אותו. חום של להבה מחמם את קצה המתכת וגורם לחלקיקי המתכת להתנדנד מהר יותר וכך תנועה מוגברת של חלקיקי החומר עוברת לשכניהם . תהליך זה נמשך עד שתנועה המוגברת של המולקולות מועברת בכל חלקיקי המסמר וכך המסמר יתחמם כולו. העברת חום בדרך זה נקראת הולכה . חומרים מוצקים מעבירים חום בדרך הולכה. כל חומר מעביר חום בצורה שונה: למשל, עץ, פלסטיק וזכוכית – הם מוליכי חום גרועים, ומתכת היא מוליכת חום טובה. תכונות אלה של חומרים משמשים בבניה. בגזים ונוזלים: גזים ונוזלים מעבירים חום בעיקר בדדך הסעה אם נחמם גז או נוזל מלמעלה, חלקיקי הגז הקרובים ללהבה מתחממים ועולים למעלה, ובמקומם באים החלקיקים "הקרים" של הגז. התהליך מתרחש עד שכל הגז התחמם. חלקיקי הגז "החמים" הם אלה שמסיעים חום, מזה נובע שם התהליך – הסעה. נוזלים וגזים הם מוליכי חום גרועים. עובדה זאת מאפשרת להשתמש באוויר, למשל, כחומר מבודד ושומר על חום .בבנייה משתמשים בלוחות קלקר כבידוד נגד חום וקור.

קולטי שמש הקולט מורכב מארגז שבתוכו יש תנרת פנימית העשויה מנחושת (או ברזל) הצבוע בצבע שחור, פח הצבוע בצבע שחור שמכסה את הצנרת הפנימית. מתחת לצנרת יש בידוד מעל לצנרת ולפח ייש מרווח אוויר ומעליו זכוכית. במסגרת יש אטמים שתפקידן למנוע יציאת אוויר מהקולטים ודליפת מים מהצנרת. קולטי שמש בנויים בדרך כלל בצורת מלבן שמידותיו כ-80 ס''מ על 180 ס"מ וצבעו שחור, כדי להשיג בליעה מרבית של אור השמש. המים בצינור מתחממים הן ישירות מאור השמש והן מחום שפולט המשטח השחור שבמגע איתם, ומהאוויר החם הנוגע בצינור. המים החמים עולים מעלה, שם מורכב בדרך כלל הדוד, והם נאגרים בו, והתהליך נמשך במחזור סגור (כל עוד אין שימוש במים החמים) כך שבהדרגה כל המים שבדוד מתחממים. את הקולטים מציבים כך שיקלטו את כמות האור המרבית. בישראל - פונים דרומה, בזווית של כ-30 מעלות ממשטח אופקי.

לוח הזכוכית בקולט הפקט החממה כאשר קרינה מהשמש פוגעת במשטח הזכוכית חלק גדול מהקרינה עובר דרך הזכוכית ופוגע בלוח שעל הצנרת ומחמם את המים והצנרת, כתוצאה מעליית הטמפרטורה של הפח השחור הוא פולט קרינה אינפרה אדומה שפוגעת בזכוכית אבל לא מצליחה לעבור לצידו השני וכך נשמר החום באור שבין הזכוכית לצנרת ובצנרת.

הבידוד הבידוד הוא חומר שמצמצם את כמות החום שעוברת דרכו. חומר מבודד הוא מוליך גרוע. דוגמאות למבודדים: גומי, פלסטיק, עץ, צמר סלעים, וקצף. חומר מבודד נמצא בחלקו התחתון של הקולטים כמו כן הוא נימצא בין הפחים של דוד השמש. חומר מוליך מאפשר מעבר חום דרכו, לכן צינורות שבקולטים עשויים מנחושת. דוגמאות למוליכים טובים: נחושת, ברזל, זהב, כסף...כל המתכות. הערה: עליית מים חמים בדוד. נוזל או גז שמחום עולה כלפי מעלה, הסיבה לכך שככל שהטמפרטורה גבוהה יותר צפיפות החומר קטנה יותר וחומר שפחות צפוץ עולה כלפי מעלה. חומר שהטמפרטורה שלו קטנה יותר הוא צפוף יותר ויורד למטה. בקולטים המים החמים יעללו כלפי מעלה וצינור שיוצא מחלקוו העליון של הקולט יכנס אל דוד השמש וימלא את הדוד במים החמים בחלקו העליון של הדוד. מים קרים נכנסיים אל הקולטים בחלק התחתון של הדוד.

מבנה הדוד 1. מעטפת חיצונית 2 . בידוד פוליאוריטן       שכבת פוליאוריטן יצוקה המאפשרת בידוד אופטימלי ושמירה על חום המים. 3 . מיכל פנימי           מיכל לחץ פנימי עשוי פלדה בעובי 3 מ"מ המאפשר עבודה בלחץ של 8 אטמוספירות ויותר. 4. ציפוי אמאייל מיוחד ציפוי אמאייל מבטיח הגנה מושלמת בפני חלודה (קורוזיה). 5 . גוף חימום חשמלי חסכוני מהווה גיבוי חשמלי כשאין שמש ומאפשר אספקת מים חמים 24 שעות ביממה. 6 .הגנה קטודית (מגנזיום) מאפשרת הגנה אנטי קורוזיבית. 7 . תרמוסטט מבטיח שטמפרטורת המים בדוד לא תעלה על טמפרטורה שנקבעה מראש בעת השימוש בגוף החימום החשמלי. 8 . מבוא צינור כניסת המים הקרים לדוד שבקצהו יש שובר זרימה (המונע ערבוב המים הקרים הנכנסים עם המים החמים בדוד). 9 . מוצא צינור יציאת מים חמים מהדוד למשתמש 10 . מזרים צינור המזרים מים חמים מן הקולט לדוד 11 . מחזיר צינור המחזיר מים קרים מהדוד לתחתית הקולט

מערכת הגיבוי ביום חורפי או ביום שהישתמשו בכמות מים גדולה שבדוד והמים לא כל כך חמים יש להפעיל מערכת חשמלית שתחמם את המים. המערכת מוכרבת ממגוף חימום ומטרמוסטט. כאשר יזרום זרם חשמלי גרך גוף החימום, גוף החימום יתחמם ויחמם את המים שבדוד. הטרמוסטט הוא מד טמפרטורה שמבוט את החום. כאשר הטמפרטורה של המים תעלה מהטמפרטורה שניקבעה (70) הטרמוסטט יפתח את המעגל החשמלי וגוף החימום יפסיק לחמם וכאשר הטמפרטורה תרד יותר מידי הטרמוסטט יסגור את המעגל יזרום זרם בגוף החימום ואז שוב המים יתחממו. הטרמוסטט מורכב מפס דו מתכתי, נחושבת וברזל, הצמודים יחד. כאשר מחממים את הדו מתכת החומרים מתפשטים הנחושת מתפשטת יותר מהר מאשר הברזל, לכן ככל שהטמפרטורה תהיה יותר גבוהה יותר הדו מתכת יתרופף יותר ואז יפתח המעגל החשמלי.