דודי שמש

מבוא: 
דוד השמש הביתי הינו מכשיר שימושי ונפוץ בארצנו הנראה לעיני כל על גגות
הבתים. מזה שנים מתבצע מאמץ להגדיל את השימוש באנרגיה ירוקה. בחלק
מהמתקנים אשר ממירים את אנרגיית השמש קיימת מערכת עקיבה. במחקר זה
רצינו להכיר את עקרון הפעולה של דוד השמש וכן רצינו לבדוק האם ניתן לייעל את
עבודתו על ידי קולט דינאמי.
עקרונות פיזיקליים מרכזיים
– מעבר חום על ידי קרינה, הולכה והסעה
– הספק ונצילות
שאלות המחקר:
לו היה ברשותנו מערכת דוד שמש אשר בה הקולט עוקב אחר מסלול השמש
ונשאר מאונך לכיוון הקרניים, בכמה נייעל את עבודתו לעומת הקולט הסטאטי
שמותקן לרוב בזווית 45 מעלות ביחס הקרקע ולכיוון דרום?
מהלך המחקר 
בניסויים המקדימים חקרנו את עקרון תנועת המים כלפי מעלה כתוצאה מהפרש
טמפרטורות וכן את הקשר בין זווית הפגיעה של קרני האור במשטח פוטווולטאי
והאנרגיה שניתן להפיק בהמרת האור לחשמל. בניסוי זה ראינו קשר לינארי בין
סינוס זווית הפגיעה לעוצמת הזרם מהלוח.
בניסוי המרכזי השתמשנו בדגם לימודי של דוד שמש, אותו מילאנו במים והצבנו
לסירוגין את הקולט פעם בניצב לכיוון קרני השמש ופעם במנח המקובל של 45
מעלות-דרום. חזרנו על הניסוי מספר פעמים לאורך התקופה פברואר-יוני.

הקולט ניצב במנח של 45 מעלות לכיוון דרום

הקולט ניצב אנכית לכיוון הקרניים

ביצענו השוואה של מיצוע ערכי רווח האנרגיה שהתקבל משני המערכים והשווינו
לתוצאה משוערת שחישבנו על בסיס על תוצאות הניסוי המקדים עם הלוח הפוטו-
וולטאי בתנאי מעבדה.
תוצאות עיקריות:

בזווית 45 מעלות לכיוון דרום.

הקולט ניצב לקרני השמש.

ציפינו לפי חישובים המבוססים על השערתנו לשיפור של 146% בתפוקת אנרגיית
חום של המערכת המתכווננת לעומת זאת הסטאטית ובפועל קיבלנו שיפור של
111%.
מסקנות:
העלינו מספר הסברים לפער הקטן יחסית של תפוקת האנרגיה בין שני המערכים:
– בניגוד לתנאי המעבדה חלק ניכר מקרינת השמש הנקלטת היא קרינה
מפוזרת (לא ישירה) ומגיעה מהחזרים מעננים, קרקע ובניינים בסביבה. זו
קרינה שמשותפת לשני המערכים (הסטאטי והדינאמי) ומשקלה מסך
הקרינה נע בין 10% ביום בהיר לכמעט 100% ביום עם עננות כבדה.
– ככל שהטמפרטורה במערכת עולה כך עולים ההפסדים לסביבה.
– כאשר מקטינים את הזווית ביחס לקרקע כדי להישאר מאונכים לכיוון
הקרניים (רלוונטי לצהריי אביב-קיץ) מפל הגובה בין הכניסה הקרה ליציאה
החמה בקולט יורד ומפחית את יעילות מנגנון תנועת המים.
כמו כן הסקנו על סמך התוצאות שאין כדאיות כלכלית לשימוש במערכת
המתכווננת בשל יוקר הייצור, התפעול והתחזוקה שאינו מצדיק את הרווח
האנרגטי ביחס למערכת הסטאטית המותקנת כיום בבתים.

הקולט ניצב אנכית לכיוון הקרניים

ביצענו השוואה של מיצוע ערכי רווח האנרגיה שהתקבל משני המערכים והשווינו לתוצאה משוערת שחישבנו על בסיס על תוצאות הניסוי המקדים עם הלוח הפוטו-וולטאי בתנאי מעבדה.

תוצאות עיקריות:
בזווית 45 מעלות לכיוון דרום.

ציפינו לפי חישובים המבוססים על השערתנו לשיפור של 146% בתפוקת אנרגיית חום של המערכת המתכווננת לעומת זאת הסטאטית ובפועל קיבלנו שיפור של 111%.

מסקנות:

העלינו מספר הסברים לפער הקטן יחסית של תפוקת האנרגיה בין שני המערכים:
– בניגוד לתנאי המעבדה חלק ניכר מקרינת השמש הנקלטת היא קרינה מפוזרת (לא ישירה) ומגיעה מהחזרים מעננים, קרקע ובניינים בסביבה. זו קרינה שמשותפת לשני המערכים (הסטאטי והדינאמי) ומשקלה מסך הקרינה נע בין 10% ביום בהיר לכמעט 100% ביום עם עננות כבדה.
– ככל שהטמפרטורה במערכת עולה כך עולים ההפסדים לסביבה.
– כאשר מקטינים את הזווית ביחס לקרקע כדי להישאר מאונכים לכיוון הקרניים (רלוונטי לצהריי אביב-קיץ) מפל הגובה בין הכניסה הקרה ליציאה החמה בקולט יורד ומפחית את יעילות מנגנון תנועת המים.

כמו כן הסקנו על סמך התוצאות שאין כדאיות כלכלית לשימוש במערכת המתכווננת בשל יוקר הייצור, התפעול והתחזוקה שאינו מצדיק את הרווח האנרגטי ביחס למערכת הסטאטית המותקנת כיום בבתים.

מרץ 2023
יום ראשון יום שני יום שלישי יום רביעי יום חמישי יום שישי שבת
26 בפברואר 2023

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית כיתה יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית כיתה יב
27 בפברואר 2023

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה
28 בפברואר 2023 1 במרץ 2023

הכשרת מורים חט"ב

הכשרת מורים חט"ב
2 במרץ 2023

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
3 במרץ 2023 4 במרץ 2023
5 במרץ 2023

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית כיתה יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית כיתה יב
6 במרץ 2023

חופשת פורים

חופשת פורים
7 במרץ 2023

חופשת פורים

חופשת פורים
8 במרץ 2023

חופשת פורים

חופשת פורים
9 במרץ 2023

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
10 במרץ 2023 11 במרץ 2023
12 במרץ 2023

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית כיתה יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית כיתה יב
13 במרץ 2023

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה
14 במרץ 2023

מובילי חקר ארצי- מקוון

מובילי חקר ארצי- מקוון
15 במרץ 2023

הכשרת מורים חט"ב

הכשרת מורים חט"ב
16 במרץ 2023

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
17 במרץ 2023 18 במרץ 2023
19 במרץ 2023

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית כיתה יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית כיתה יב
20 במרץ 2023

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

סדנת מנחים צבירי גליל

סדנת מנחים צבירי גליל
21 במרץ 2023 22 במרץ 2023

הכשרת מורים חט"ב

הכשרת מורים חט"ב
23 במרץ 2023

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
24 במרץ 2023 25 במרץ 2023
26 במרץ 2023

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית כיתה יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית כיתה יב
27 במרץ 2023

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה
28 במרץ 2023

חופשת פסח

חופשת פסח
29 במרץ 2023

חופשת פסח

חופשת פסח
30 במרץ 2023

חופשת פסח

חופשת פסח
31 במרץ 2023

חופשת פסח

חופשת פסח
1 באפריל 2023

חופשת פסח

חופשת פסח