איך דוד שמש עובד – המדריך המלא להבנת פעולת דוד השמש

דוד שמש הוא אחד המכשירים החשובים ביותר בכל בית ישראלי, המאפשר לנו ליהנות ממים חמים ללא הוצאות חשמל גבוהות. אך האם אי פעם תהיתם איך דוד שמש עובד באמת? בישראל, שנהנית משמש רבה לאורך השנה, דוד השמש הפך לפתרון האידיאלי לחימום מים. המאמר הזה יפרט את עקרונות הפעולה של דוד השמש, יסביר את המרכיבים השונים שלו, ויעזור לכם להבין מדוע לפעמים המים לא מתחממים כראוי. נבחן את היתרונות הסביבתיים והכלכליים של דוד שמש, ונבין איך טכנולוגיה פשוטה ויעילה זו מנצלת את אנרגיית השמש להפקת מים חמים לשימוש ביתי. בין אם אתם מחפשים להבין את פעולת הדוד שלכם או שוקלים רכישה של דוד חדש, המאמר יספק לכם את כל המידע הדרוש.

עקרונות הפעולה של דוד שמש – ניצול אנרגיית השמש

דוד שמש פועל על עיקרון טבעי ופשוט: ניצול אנרגיית השמש לחימום מים. המערכת מורכבת משני חלקים עיקריים – קולטי שמש ודוד האגירה. קולטי השמש מותקנים על הגג בזווית ובכיוון המיטביים לקליטת קרינת שמש מרבית.

הקולט בנוי מצינורות נחושת השוכבים בתוך מארז אטום ומבודד. הצינורות צבועים בשחור כדי לקלוט כמה שיותר קרינה. מעל הצינורות מותקן לוח זכוכית שיוצר “אפקט חממה”, כלומר מאפשר כניסת קרינת השמש אך מונע את בריחת החום.

כאשר קרני השמש פוגעות בקולט, הן מחממות את המים שבתוך הצינורות. חימום המים גורם לצפיפותם לרדת, וכתוצאה מכך הם עולים באופן טבעי אל דוד האגירה הממוקם מעל הקולטים. במקביל, המים הקרים יותר (בעלי צפיפות גבוהה יותר) יורדים מהדוד אל הקולטים.

תופעה זו נקראת “זרימה טרמוסיפונית” והיא מתבססת על עיקרון פיזיקלי פשוט: נוזלים חמים עולים למעלה ונוזלים קרים יורדים למטה. היתרון הגדול הוא שאין צורך במשאבה חשמלית או בכל אמצעי מכני אחר – התהליך מתרחש באופן טבעי לחלוטין.

מבנה דוד השמש – הכירו את החלקים המרכיבים את המערכת

דוד שמש מורכב ממספר חלקים מרכזיים שעובדים יחד בהרמוניה. הבנת תפקידו של כל רכיב תסייע להבין כיצד פועלת המערכת כולה. הנה פירוט החלקים העיקריים:

• קולטי השמש – משטחים שחורים העשויים מצינורות נחושת המכוסים בזכוכית. תפקידם לקלוט את קרינת השמש ולהעביר את החום למים הזורמים בהם.
• דוד האגירה – מיכל מבודד היטב האוגר את המים החמים. הדוד עשוי משתי שכבות של פלדה, כאשר ביניהן שכבת בידוד עבה (לרוב פוליאוריטן מוקצף).
• הפלאנג’ – רכיב המותקן בתחתית הדוד ומכיל את גוף החימום החשמלי (אלמנט חימום) והתרמוסטט לשליטה בטמפרטורה.
• צינורות החיבור – מחברים בין הקולט לדוד ומאפשרים את זרימת המים במעגל סגור.
• שסתום אל-חוזר – מונע זרימה הפוכה של המים בלילה, מה שעלול לגרום לקירור המים.
• מאיץ חום (אופציונלי) – רכיב המסייע בהגברת יעילות המערכת במיוחד בימים חורפיים.

כל הרכיבים הללו מיוצרים מחומרים עמידים כדי לעמוד בתנאי מזג האוויר המשתנים ובטמפרטורות הגבוהות. דוד אגירה איכותי מבודד היטב יכול לשמור על חום המים למשך 24-48 שעות, תלוי בתנאי הסביבה.

בנוסף, מערכת דוד השמש כוללת מעגל הגנה חשמלי המורכב מתרמוסטט ומפסק תרמי. התרמוסטט מווסת את טמפרטורת המים ומפעיל את גוף החימום החשמלי כשהטמפרטורה יורדת מתחת לרמה המוגדרת. המפסק התרמי הוא אמצעי בטיחות המנתק את החשמל במקרה של התחממות יתר.

תהליך זרימת המים בדוד שמש – הפיזיקה מאחורי המערכת

תהליך זרימת המים בדוד שמש הוא דוגמה מרתקת ליישום עקרונות פיזיקליים בסיסיים. התהליך מכונה “זרימה טרמוסיפונית” ונובע מהבדלי צפיפויות בין מים חמים לקרים.

כאשר מים קרים נכנסים לדוד, הם יורדים לתחתית הדוד (בגלל צפיפותם הגבוהה) ומשם זורמים לקולט השמש. קרני השמש הפוגעות בקולט מחממות את המים, גורמות לצפיפותם לרדת, וכתוצאה מכך המים החמים עולים בחזרה לדוד.

זרימה זו ממשיכה כל עוד יש הבדלי טמפרטורה בין המים בקולט למים בדוד. התהליך יוצר מעגל סגור של זרימה טבעית, ללא צורך במשאבה או בכל מכשיר חשמלי אחר. זהו אחד היתרונות הגדולים של דוד שמש – היכולת לפעול ללא צריכת חשמל.

חשוב לציין כי המיקום היחסי של הרכיבים קריטי לפעולה תקינה של המערכת. הדוד חייב להיות ממוקם מעל הקולטים כדי לאפשר את הזרימה הטרמוסיפונית. במערכות מסוימות, כאשר לא ניתן למקם את הדוד מעל הקולטים, משתמשים במשאבת סחרור חשמלית להנעת המים.

בלילה או בימים מעוננים, כאשר אין מספיק קרינת שמש, הזרימה הטרמוסיפונית עלולה להתהפך ולגרום לקירור המים בדוד. כדי למנוע זאת, מותקן שסתום אל-חוזר המאפשר זרימה רק בכיוון אחד.

יתרונות ההשקעה בדוד שמש – חיסכון כלכלי ותרומה סביבתית

דוד שמש מציע יתרונות משמעותיים, הן מבחינה כלכלית והן מבחינה סביבתית. על אף ההשקעה הראשונית הגבוהה יותר בהשוואה לדוד חשמל רגיל, החיסכון לטווח ארוך משמעותי מאוד.

מבחינה כלכלית, דוד שמש מפחית את צריכת החשמל הביתית בצורה משמעותית. בישראל, שבה השמש זורחת רוב ימות השנה, דוד שמש יכול לספק עד 80% מצריכת המים החמים הביתית ללא שימוש בחשמל כלל. החיסכון בחשבון החשמל יכול להגיע למאות שקלים בשנה.

עפ”י נתוני משרד האנרגיה, משפחה ממוצעת בישראל יכולה לחסוך כ-2,000 קוט”ש בשנה באמצעות שימוש בדוד שמש במקום בדוד חשמלי. במונחים כספיים, זהו חיסכון של כ-1,000 ש”ח בשנה בממוצע.

מבחינה סביבתית, דוד שמש הוא דוגמה מצוינת לשימוש באנרגיה מתחדשת. הפחתת השימוש בחשמל המיוצר בתחנות כוח מקטינה את פליטת גזי החממה ומזהמים אחרים לאטמוספרה. לפי הערכות, דוד שמש ממוצע בישראל מפחית כ-1.5 טון פחמן דו-חמצני בשנה.

בנוסף, דודי שמש הם בעלי אורך חיים ארוך יחסית. דוד שמש איכותי, עם תחזוקה נכונה, יכול לשרת משפחה למשך 15-20 שנה, בעוד שדוד חשמלי טיפוסי מחזיק מעמד 8-12 שנים בממוצע.

דוד שמש בישראל – תנאים אופטימליים לניצול אנרגיית השמש

ישראל היא אחת המדינות המובילות בעולם בשימוש בדודי שמש, וזאת בזכות תנאי האקלים האידיאליים. האקלים הים-תיכוני של ישראל מאופיין במספר רב של ימי שמש בשנה – כ-300 ימים בממוצע.

כבר בשנות ה-50 של המאה הקודמת, בתקופת הצנע, החלו בישראל לפתח ולהשתמש בדודי שמש כפתרון לחיסכון באנרגיה. בשנת 1980, בעקבות משבר האנרגיה העולמי, נחקק בישראל חוק המחייב התקנת דודי שמש בבניינים חדשים עד גובה של תשע קומות.

כיום, כ-85% מהבתים בישראל משתמשים בדודי שמש, שיעור הגבוה פי כמה מרוב מדינות העולם. זו דוגמה מצוינת לכיצד מדיניות נכונה, בשילוב עם תנאים טבעיים מתאימים, יכולה להוביל לאימוץ נרחב של טכנולוגיה ירוקה.

בישראל, הזווית האופטימלית להתקנת קולטי שמש היא כ-30-35 מעלות, כשהם פונים לכיוון דרום. זווית זו מאפשרת קליטה מקסימלית של קרינת השמש לאורך השנה. בימים החמים של הקיץ הישראלי, מים בדוד שמש יכולים להגיע לטמפרטורות של מעל 60 מעלות צלזיוס, ולעיתים אף ליותר.

יצוא דודי השמש הישראליים הפך לענף כלכלי משמעותי, כאשר חברות ישראליות מוכרות את הטכנולוגיה למדינות רבות ברחבי העולם. היצוא השנתי של מערכות סולאריות ביתיות מישראל מוערך בכ-50 מיליון דולר.

תקלות נפוצות בדודי שמש – איתור ופתרון בעיות

למרות האמינות הגבוהה של דודי שמש, לעתים עלולות להתרחש תקלות שפוגעות בביצועים. הכרת התקלות הנפוצות יכולה לעזור באיתור מהיר של הבעיה ולפעמים אף בפתרונה ללא צורך בקריאה לטכנאי.

אחת הבעיות הנפוצות ביותר היא היעדר מים חמים למרות מזג אוויר שמשי. הסיבות לכך יכולות להיות:

• אוויר בקולטים – מונע זרימה תקינה של מים. הפתרון הוא שחרור האוויר (“נישוף”).
• הצטברות אבנית – בצינורות או בקולטים, המפחיתה את יעילות העברת החום. ניתן לטפל בכך באמצעות חומצה מתאימה.
• דליפות – במערכת, הגורמות לאיבוד מים ופגיעה בזרימה התקינה.
• כיסוי קולטים – באבק, לכלוך או אבקנים, המפחית את יכולת קליטת קרינת השמש.

בעיה נפוצה נוספת היא פעולה לא תקינה של המערכת החשמלית של הדוד (בימים ללא שמש מספקת). הסיבות לכך יכולות להיות:

• תקלה בתרמוסטט – מונע הפעלה אוטומטית של גוף החימום.
• שריפת גוף החימום (האלמנט) – הדורש החלפה.
• בעיות בחיווט החשמלי – הדורשות בדיקה וטיפול של חשמלאי מוסמך.
• הפעלת מפסק הפחת – בגלל רטיבות או קצר חשמלי.

תקלה שכיחה שלישית היא ירידה מהירה בטמפרטורת המים החמים. הסיבות האפשריות:

• בידוד לקוי של הדוד – גורם לאיבוד חום מהיר.
• שסתום אל-חוזר תקול – המאפשר זרימה הפוכה בלילה ומביא לקירור המים.
• נזילות במערכת – הגורמות לכניסת מים קרים ומהילת המים החמים.

חשוב לציין כי רוב התקלות בדודי שמש מצריכות טיפול של טכנאי מוסמך. ניסיונות תיקון עצמאיים עלולים להחמיר את הבעיה או אף להוות סכנה בטיחותית, במיוחד כאשר מדובר במערכת המשלבת מים וחשמל.

השוואה בין דוד שמש לדוד חשמל – מה עדיף?

השוואה בין דוד שמש לדוד חשמל חיונית למי ששוקל רכישה או החלפה של דוד מים חמים. כל סוג מציע יתרונות וחסרונות משלו. הנה השוואה מפורטת:

קריטריון	דוד שמש	דוד חשמל
עלות ראשונית	גבוהה יותר (3,000-8,000 ₪)	נמוכה יותר (1,000-3,000 ₪)
עלות תפעול	נמוכה מאוד (חשמל נדרש רק בימים מעוננים)	גבוהה (צריכת חשמל יומיומית)
זמינות מים חמים	תלויה במזג האוויר ובמיקום הגיאוגרפי	קבועה ואמינה, ללא תלות בגורמים חיצוניים
מהירות חימום	איטית יותר, תלויה בקרינת השמש	מהירה יותר, בהתאם להספק גוף החימום
צריכת חשמל	חיסכון של 70-90% בצריכת החשמל לחימום מים	צריכת חשמל גבוהה, מהווה כ-30% מחשבון החשמל הביתי
תחזוקה	דורשת תחזוקה תקופתית (ניקוי קולטים, בדיקת אטימות)	דורשת תחזוקה מינימלית
אורך חיים	15-20 שנים	8-12 שנים
השפעה סביבתית	ידידותי לסביבה, מפחית פליטות גזי חממה	השפעה סביבתית גבוהה יותר, בהתאם לאופן ייצור החשמל
מרחב התקנה	דורש מקום על הגג והתקנה מורכבת יותר	קומפקטי יותר, ניתן להתקנה כמעט בכל מקום

בישראל, בשל האקלים השמשי, דוד שמש מהווה בדרך כלל את האפשרות העדיפה לטווח ארוך. למרות ההשקעה הראשונית הגבוהה יותר, החיסכון בחשבון החשמל מחזיר את ההשקעה תוך 3-5 שנים בממוצע.

עם זאת, בבניינים גבוהים מאוד (מעל 9 קומות), או במקרים של צריכת מים חמים גבוהה במיוחד, דוד חשמל או פתרונות משולבים עשויים להיות אופציה מתאימה יותר. באזורים עם מיעוט ימי שמש, כמו אזורים מסוימים בצפון הארץ, ייתכן שדוד חשמל יהיה יעיל יותר.

שיקול חשוב נוסף הוא כמות המים החמים הנדרשת. דוד שמש מגיע בדרך כלל בנפח גדול יותר (120-200 ליטר) לעומת דוד חשמל טיפוסי (40-120 ליטר). עבור משפחות גדולות, היתרון של דוד שמש בנפח האגירה משמעותי.

התקנת דוד שמש – המיקום הנכון והזווית האופטימלית

התקנה נכונה של דוד שמש היא מרכיב קריטי ביעילותו. מיקום שגוי או זווית לא מתאימה עלולים להפחית משמעותית את תפוקת המערכת. להלן המלצות להתקנה אופטימלית:

מיקום הקולטים: הקולטים צריכים להיות ממוקמים באזור שמקבל את כמות קרינת השמש המרבית לאורך היום. יש להימנע מהצללה של עצים, בניינים סמוכים או מכשולים אחרים. בישראל, הכיוון המיטבי הוא דרום, עם נטייה קלה לדרום-מזרח.

זווית ההתקנה: הזווית האופטימלית בישראל היא בין 25° ל-35° מעלות מהמישור האופקי, בהתאם לקו הרוחב של מקום ההתקנה. זווית זו מאפשרת קליטה מרבית של קרינת השמש לאורך השנה. בחורף, זווית תלולה יותר (קרובה ל-40°) עדיפה, ובקיץ זווית שטוחה יותר (קרובה ל-20°).

מיקום הדוד ביחס לקולטים: כפי שהוסבר קודם, הדוד חייב להיות ממוקם מעל הקולטים כדי לאפשר זרימה טרמוסיפונית תקינה. המרחק האנכי המומלץ בין תחתית הדוד לחלק העליון של הקולטים הוא לפחות 30 ס”מ.

מרחק ממקלחות וברזים: רצוי למקם את הדוד קרוב ככל האפשר לנקודות השימוש במים החמים (מקלחות, כיורים) כדי להפחית את איבוד החום בצנרת ולהפחית את זמן ההמתנה למים חמים.

יציבות וחוזק: המבנה התומך בדוד ובקולטים חייב להיות יציב ועמיד לכוחות רוח חזקים. חשוב לוודא שהגג או המשטח שעליו מותקנת המערכת יכול לשאת את משקלה המלא (כולל משקל המים).

ההתקנה עצמה מחייבת מקצועיות והיכרות עם תקני הבטיחות. על ההתקנה להתבצע על-ידי מתקינים מורשים בלבד. התקנה לא מקצועית עלולה לגרום לנזקים ואף לסכן את בטיחות המשתמשים.

בישראל, התקנת דוד שמש כפופה לתקן ישראלי (ת”י 579) המגדיר את דרישות הבטיחות והאיכות של המערכת. חשוב לבחור מוצרים ומתקינים העומדים בתקן זה.

חידושים טכנולוגיים בתחום דודי השמש – לאן פני התעשייה?

תעשיית דודי השמש מתפתחת כל העת, עם חידושים טכנולוגיים המשפרים את היעילות, האמינות והנוחות של המערכות. הנה כמה מהפיתוחים העדכניים בתחום:

קולטים מתקדמים: הדור החדש של קולטי שמש מציע יעילות גבוהה יותר בקליטת אנרגיית השמש. קולטי ואקום, למשל, מציעים בידוד טוב יותר ויכולת לפעול גם בטמפרטורות סביבה נמוכות יחסית או בימים מעוננים חלקית.

חומרים חדשניים: פיתוחים בתחום הציפויים הסלקטיביים מאפשרים ספיגה טובה יותר של קרינת השמש תוך הפחתת איבוד חום בקרינה. חומרים חדשים בתחום הבידוד מאפשרים שמירה על חום המים לזמן ממושך יותר.

מערכות היברידיות: שילוב של דוד שמש עם טכנולוגיות אחרות, כמו משאבות חום או מערכות PV-T (פוטו-וולטאיות-תרמיות) המייצרות הן חשמל והן אנרגיה תרמית. מערכות אלו מגדילות את היעילות הכוללת ומאפשרות גמישות רבה יותר.

מערכות חכמות: אינטגרציה של דודי שמש עם מערכות “בית חכם”, המאפשרות שליטה מרחוק, ניטור ביצועים בזמן אמת, וחיזוי צריכת המים החמים בהתאם להרגלי המשתמשים.

מערכות אגירה מתקדמות: פיתוח חומרים משני פאזה (PCM – Phase Change Materials) לאגירת אנרגיה תרמית ביעילות גבוהה יותר, מה שמאפשר שמירה על טמפרטורה קבועה לאורך זמן.

בישראל, מספר חברות וקבוצות מחקר עובדות על פיתוחים חדשניים בתחום. חברת TIGI, למשל, פיתחה קולטים בטכנולוגיית “חממה שקופה” המציעים תפוקה גבוהה יותר בחורף ובימים מעוננים.

מבט לעתיד מראה מגמה של אינטגרציה הולכת וגדלה בין מערכות האנרגיה השונות בבית – דוד שמש, מערכת סולארית לייצור חשמל, משאבות חום וכו’. האתגר הטכנולוגי הוא לפתח מערכות יעילות, אמינות ובעלות מחיר סביר, שיתאימו גם לשוק הבנייה החדשה וגם לשדרוג מבנים קיימים.

סיכום – יתרונות דוד השמש למשק הישראלי

דוד השמש הוא דוגמה מצויינת לטכנולוגיה פשוטה ויעילה המנצלת משאב טבעי שיש לישראל בשפע – שמש. המעבר הנרחב לדודי שמש בישראל, שהחל עוד בשנות ה-50, הוביל לחסכון משמעותי בחשמל ברמה הלאומית ולהפחתת התלות בדלקים מזהמים.

דודי שמש מספקים לבתים ישראליים רבים מים חמים באופן יעיל, אמין וידידותי לסביבה. הם מציעים פתרון מעשי המשלב חיסכון כלכלי עם תרומה סביבתית, מה שהופך אותם לבחירה מצויינת עבור רוב משקי הבית בישראל.

עם התפתחות הטכנולוגיה וההתייעלות המתמדת של מערכות אלו, דודי השמש ימשיכו להיות חלק חשוב במאמץ הלאומי לניצול מקורות אנרגיה מתחדשת ולצמצום טביעת הרגל הפחמנית של ישראל.

מקור: כיצד פועל דוד שמש – כרומגן

מקור: מדריך מקיף לפעולת דוד שמש – Go Index