مجمعات الطاقة الشمسية

مجمعات الطاقة الشمسية

مجمعات الطاقة الشمسية ذات الألواح المسطحة هي أداة مفيدة للغاية لتجميع الحرارة المنخفضة إلى المتوسطة من الشمس،

يمكن استخدامها في تطبيقات مختلفة مثل عملية التحلية الحرارية من السعات المنخفضة إلى المتوسطة  تتميز مجمعات الألواح المسطحة بمواصفات بسيطة فهي سهلة التجميع والعمل بسهولة.

النظام الذي يحول طاقة الإشعاع الشمسي إلى طاقة حرارية هو استخدام مبتكر للطاقة الحرارية.

يمكن استخدام الطاقة الحرارية الشمسية بشكل مباشر كحرارة أو بشكل غير مباشر كقوة دافعة لمحرك حراري لتوليد طاقة ميكانيكية مفيدة.

يمكن أيضًا استخدام الطاقة الحرارية لتوليد الكهرباء لهذا الغرض ، يتم استخدام أجهزة فريدة تسمى مجمعات الحرارة الشمسية.

الغرض من المجمع الحراري الشمسي هو امتصاص الطاقة المشعة للشمس ونقل الحرارة الكبيرة إلى السائل  ثم يتم توجيه هذه الطاقة إلى الموقع المطلوب للاستخدام.

من المثير للاهتمام معرفة أن المجمعات الشمسية يتم تصنيفها وفقًا لدرجة حرارة الخرج ، والتي تحدد أيضًا مجال تطبيقها.

تُستخدم أنظمة شمسية عالية التركيز وعالية التكلفة لتوليد كميات كبيرة من البخار أو الزيت عند درجات حرارة تزيد عن بضع مئات من الدرجات المئوية.

 بينما يمكن إنشاء درجات حرارة أقل من 150 درجة مئوية بواسطة مجمعات قياسية ذات كفاءة عالية مع تركيز منخفض من الإشعاع الشمسي.

تم تصميم مجمعات الألواح المسطحة للعمل في درجات حرارة منخفضة إلى متوسطة وعموما تصل إلى 110 درجة مئوية فوق درجة الحرارة المحيطة.

أبسط مجمعات الألواح المسطحة هي الأحواض الشمسية والمقطورات الشمسية.

هذه الأنظمة هي وظيفة للإشعاع المباشر للطاقة الشمسية التي تعمل في نفس الوقت كمحول للطاقة الشمسية. تعتبر مجمعات الألواح المسطحة مهمة بسبب أدائها الحراري.

المكونات الرئيسية لمجمع الطاقة المسطح

• شاشة ماصة
• زجاج
• عازلة
• الاطار

شاشة ماصة

أهم عنصر في المجمع هو صفيحة الامتصاص تتكون هذه القطعة من صفيحة معدنية ؛ حيث يتم لحام أنابيب مرور السوائل على الظهر.

الطلاء على اللوح الماص انتقائي ومصنوع من أكسيد التيتانيوم بحيث يمكن أن يكون له أقصى امتصاص وأقل تبديد للحرارة.

إذا كان الطلاء باللون الأسود العادي (طلاء أسود) ، على الرغم من الامتصاص العالي ، فإنه سيصدر أيضًا الكثير من الحرارة.

يستخدم المجمّعون هذه الألواح الماصة القوية لأداء جيد جدًا ، خاصة في الشتاء والظروف الملبدة بالغيوم.

زجاج

الطلاء النهائي لمجمعات الطاقة الشمسية هو زجاج خاص. هذه النظارات تزيد من كفاءة جامعي عن طريق زيادة الأشعة تحت الحمراء و فوق البنفسجية الطيف .

مجمعات الطاقة الشمسية Sangarkar مصنوعة من زجاج شمسي خاص مع نسبة منخفضة من الحديد.

كلما زادت كمية جزيئات الحديد في الزجاج ، قل ضوء الشمس الذي ينتقل إلى الألواح الماصة وامتصاص المزيد من الطاقة في الزجاج ؛ مما يؤدي إلى إهدار الطاقة الشمسية وبالتالي انخفاض الكفاءة.

لا يحتوي الزجاج على أيونات حديدية وهو قادر على نقل 95٪ من الإشعاع الشمسي كما أن الزجاج مقسى ومقاوم للحرارة حتى 250 درجة مئوية.

عازلة

يجب عزل جسم المجمع ضد انتقال الحرارة ليكون قادرًا على تحقيق أقصى قدر من الكفاءة. عادة ما يكون هذا العزل مصنوعًا من عازل معدني ( الصوف الصخري ). يتم استخدام العوازل على ظهر وجوانب جهاز الامتصاص.

الاطار

يتكون إطار المجمع من الألومنيوم أو الصفائح المجلفنة ويتضمن مكونات أخرى للمجمع.

جامع

هو جهاز للتوزيع المنتظم والاتجاه الصحيح للمياه على الجوانب مما يسبب نفس السرعة والضغط بين المداخل والمخارج.

الجامع مصنوع من أنواع مختلفة مثل البوليمر و النحاس .

تطبيقات مجمع الطاقة الشمسية

من المهم تركيب مجمعات الطاقة الشمسية في منطقة ذات كثافة إشعاع عالية وعرض النطاق الترددي لأيام.

يمكن تركيب هذه الأجهزة بسهولة في المنازل الخاصة لتسخين المياه المنزلية وفي مباني الفنادق والمنشآت الحضرية مثل المراكز الرياضية لاستخدام الماء الساخن وتدفئة حمامات السباحة.

تستخدم المنشآت التجارية الكبيرة ذات السعة العالية في الصناعة هذه التكنولوجيا لإنتاج المياه المعالجة.

أيضًا في محطات التحلية ، تُستخدم الطاقة الشمسية لإنتاج المياه بدرجة حرارة متوسطة كعلف لمحطة التقطير ذات درجة الحرارة المنخفضة أو المتوسطة.

بشكل عام ، تعتبر هذه الأجهزة أدوات مفيدة لإنتاج الماء الساخن.

يتم الحصول على درجات حرارة أعلى عن طريق تقليل معامل انتقال الحرارة الكلي U للمجمع،

يؤدي هذا في الواقع إلى زيادة درجة حرارة السطح عن طريق تقليل معامل انتقال الحرارة الكلي.

يجب أن تصل مجمعات الحرارة الشمسية المستخدمة في العمليات الحرارية (النطاق: حتى 150 درجة مئوية) إلى درجات حرارة أعلى من 300 درجة مئوية.

لذلك يجب أن تكون جميع مكونات مجمع الحرارة ، مثل الطلاءات الماصة المختارة لوسط الامتزاز الأسود ،

ومواد العزل للجزء الخلفي من جهاز الامتصاص قادرة على تحمل درجات الحرارة العالية.

بالإضافة إلى تبديد الإشعاع الحراري ، فإن الهواء داخل المجمع ينقل الطاقة عند الضغط الجوي ، وبشكل أساسي من خلال عملية نقل الحرارة والتوصيل.

وبالتالي ، يجب عزل المجمعات عن البيئة المحيطة.

وبالمثل ، يجب عزل الجزء الخلفي من المجمع بمواد مقاومة للحرارة والرطوبة متوفرة في السوق.

 الجزء الأمامي من المجمع أكثر حساسية. في هذا الجزء ، يلزم وجود مواد عازلة شفافة ذات نفاذية عالية لأشعة الشمس وموصلية حرارية منخفضة لتحقيق درجات حرارة عالية