مجمع الطاقة الشمسية

ما هو المجمع الشمسي

المجمع الشمسي هو جهاز يستخدم لجمع الطاقة من الشمس، وذلك عن طريق امتصاص الإشعاع الشمسي وتحويله إلى حرارة أو كهرباء. يتم استخدام نوع المادة والطلاء على المجمع الشمسي لتعظيم امتصاص الطاقة الشمسية.

أنواع المجمعات الشمسية

جامعات اللوحة المسطحة
تتكون هذه المجمعات ببساطة من صناديق معدنية مغطاة بنوع من الزجاج الشفاف كغطاء أعلى صفيحة ماصة داكنة اللون. وعادة ما تكون جوانب وأسفل المجمع مغطاة بعازل لتقليل خسائر الحرارة إلى أجزاء أخرى من المجمع. تمر الأشعة الشمسية عبر مادة الزجاج الشفافة وتضرب صفيحة الامتصاص. تسخن هذه الصفيحة، وتنقل الحرارة إما إلى الماء أو الهواء الموجود بين الزجاج وصفيحة الامتصاص. وفي بعض الأحيان يتم طلاء هذه الصفيحة الماصة بطلاءات خاصة مصممة لامتصاص الحرارة والاحتفاظ بها بشكل أفضل من الطلاء الأسود التقليدي. وعادة ما تكون هذه الصفيحة مصنوعة من معدن موصل جيد - عادة النحاس أو الألومنيوم.

مجمعات الأنابيب المفرغة
يستخدم هذا النوع من المجمعات الشمسية سلسلة من الأنابيب المفرغة لتسخين المياه للاستخدام. تستخدم هذه الأنابيب الفراغ أو المساحة المفرغة لالتقاط طاقة الشمس مع تقليل فقدان الحرارة إلى المناطق المحيطة. تحتوي على أنبوب معدني داخلي يعمل كلوحة امتصاص، متصلة بأنبوب حراري لنقل الحرارة المجمعة من الشمس إلى الماء. هذا الأنبوب الحراري هو في الأساس أنبوب حيث تكون محتويات السائل تحت ضغط معين للغاية. [6] عند هذا الضغط، يحتوي الطرف "الساخن" للأنبوب على سائل مغلي بينما يحتوي الطرف "البارد" على بخار مكثف. يسمح هذا للطاقة الحرارية بالانتقال بكفاءة أكبر من أحد طرفي الأنبوب إلى الطرف الآخر. بمجرد انتقال الحرارة من الشمس من الطرف الساخن للأنبوب الحراري إلى الطرف المتكثف، يتم نقل الطاقة الحرارية إلى الماء الذي يتم تسخينه للاستخدام.

مجموعات التركيز على الخط
تستخدم هذه المجمعات، المعروفة أحيانًا باسم الأحواض المكافئة، مواد شديدة الانعكاس لجمع وتركيز الطاقة الحرارية من الإشعاع الشمسي.[8] تتكون هذه المجمعات من أقسام عاكسة على شكل قطع مكافئ متصلة بحوض طويل. يتم وضع أنبوب يحمل الماء في وسط هذا الحوض بحيث يركز ضوء الشمس الذي يتم جمعه بواسطة المادة العاكسة على الأنبوب، مما يؤدي إلى تسخين المحتويات. هذه مجمعات عالية الطاقة للغاية وبالتالي تُستخدم عمومًا لتوليد البخار لمحطات الطاقة الحرارية الشمسية ولا تُستخدم في التطبيقات السكنية. يمكن أن تكون هذه الأحواض فعالة للغاية في توليد الحرارة من الشمس، وخاصة تلك التي يمكنها الدوران، وتتبع الشمس في السماء لضمان جمع أقصى قدر من ضوء الشمس.

جامعو نقاط التركيز
هذه المجمعات عبارة عن أطباق كبيرة مكافئة الشكل تتكون من بعض المواد العاكسة التي تركز طاقة الشمس على نقطة واحدة. تُستخدم الحرارة المنبعثة من هذه المجمعات عمومًا لتشغيل محركات ستيرلينج. وعلى الرغم من فعاليتها الكبيرة في جمع ضوء الشمس، إلا أنه يجب أن تتبع الشمس بنشاط عبر السماء لتكون ذات قيمة. يمكن لهذه الأطباق أن تعمل بمفردها أو يمكن دمجها في مجموعة لجمع المزيد من الطاقة من الشمس.

مكونات المجمع الشمسي

كيفية اختيار المجمع الشمسي

يكلف
التكلفة أمر أساسي عند اختيار مجمع شمسي لنظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية. وتذهب الميزة إلى المجمعات ذات اللوحة المسطحة. عادةً، تكلف الأنابيب المفرغة الشمسية 20%-40% أكثر من المجمعات ذات اللوحة المسطحة. ولكن يمكنك الحصول على أقصى عائد من استثمارك في المجمعات ذات الأنابيب المفرغة الشمسية في غضون بضع سنوات، مما يجعلها استثمارًا فعالاً من حيث التكلفة لأنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية.

كفاءة
لا يوجد فقدان للحرارة من خلال الحمل الحراري والتوصيل في المجمعات الأنبوبية المفرغة. وبالتالي، فإن هذه الأنظمة تسخن الماء بكفاءة أكبر من المجمعات ذات اللوحة المسطحة. تعني الكفاءة كفاءة التسخين لكل مجمع نشط، وليس إجمالي ناتج الجهاز أو كفاءته. يمكنك توقع كفاءة أعلى من المجمعات الأنبوبية المفرغة التي تعمل بالطاقة الشمسية على مدار العام، وخاصة خلال فصل الشتاء. ومع ذلك، يمكن للمجمعات ذات اللوحة المسطحة أن تضاهي كفاءتها في الصيف عندما يكون هناك اختلاف طفيف بين درجة حرارة الماء الساخن والبيئة المحيطة.

عملية التثبيت
إن تركيب المجمعات الشمسية ذات اللوحة المسطحة يعد مهمة صعبة. فالمجمعات الشمسية ثقيلة وتتخذ شكل الألواح. وتحتاج هذه المجمعات إلى رفعها إلى السطح وتركيبها. وفي الوقت نفسه، تأتي المجمعات الشمسية ذات الأنابيب المفرغة بأنابيب فردية خفيفة الوزن، مما يجعلها أسهل بكثير في التجميع والتركيب من نظيراتها.

متانة
يؤدي الحمل الحراري في المجمعات الشمسية إلى حدوث تآكل يؤثر سلبًا على أداء النظام. بشكل عام، لا تحتوي المجمعات الشمسية ذات الأنابيب المفرغة على هواء، وبالتالي لا يمكن أن يحدث الحمل الحراري في هذه الأجهزة. وهذا يجعلها مجمعات أكثر متانة من الألواح المسطحة. حاليًا، تتوفر معظم المجمعات الشمسية بضمان من الشركة المصنعة لمدة عشر سنوات وضمان لمدة 25- سنة بنسبة 80% من الطاقة.

صيانة
من الناحية العملية، لا تحتاج الأنابيب المفرغة من الهواء إلى صيانة. فإذا فقد الأنبوب فراغه، فقد تحتاج إلى استبداله. ولكن عندما يتلف المجمع ذو اللوحة المسطحة، فأنت بحاجة إلى استبدال اللوحة بالكامل، وهو ما قد يكلفك الكثير من الوقت والمال.

نصائح التنظيف المنتظمة للمجمع الشمسي