تعتبر التقنيات المتعلقة بالطاقة الشمسية من بين أكثر التطورات الملحوظة في مجال الطاقة المتجددة، ومن بين هذه التقنيات يبرز المجمع الشمسي فهو من أبرز الحلول الفعالة لاستغلال طاقة الشمس، حيث يعمل المجمع الشمسي على تحويل أشعة الشمس المباشرة إلى طاقة كهربائية أو حرارية، مما يساهم في تلبية الاحتياجات الطاقوية بشكل نظيف وفعال، ولذلك سوف نتحدث اليوم في هذا المقال عن كيفية عمل المجمع الشمسي ونلقي الضوء على أهمية هذه التقنية في مجال الطاقة والبيئة.
ما هو المجمع الشمسي
المجمع الشمسي هو نظام يستخدم الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء أو الحرارة، ويتألف من لوحات شمسية تثبت على السقف أو في المواقع المفتوحة، وتقوم بتحويل أشعة الشمس إلى كهرباء وذلك باستخدام خلايا شمسية ويتم تخزين الطاقة في بطاريات في حالة الأنظمة المستقلة عن الشبكة، أو يتم توجيهها مباشرة إلى الشبكة الكهربائية ويعتبر المجمع الشمسي هو وسيلة نظيفة وفعالة من حيث التكلفة لتوليد الطاقة.
كيف يعمل المجمع الشمسي
فيما يلي كيفية عمل المجمع الشمسي:
- الإشعاع الشمسي يتم امتصاص جزء منه عندما يصطدم بزجاج المجمع الشمسي لأنابيب الحرارة، ويستخدم لتبخير سائل العمل داخل الأنابيب، بينما يتبدد الباقي في البيئة.
- يرتفع البخار داخل الأنابيب نحو المكثف حيث يتم نقل حرارته إلى سائل العمل الشمسي ويتكثف.
- ثم يعود إلى القسم المبخر لتستمر دورة التبخير والتكثيف، ويدخل سائل العمل الشمسي الذي يتم تدويره بواسطة مضخة إلى المشعب عند درجة حرارة منخفضة وترتفع درجته تدريجياً أثناء مروره عبر المشعب.
- بعد ذلك، يمر سائل العمل الشمسي المسخن عبر الملف النحاسي داخل خزان التخزين ليتبادل حرارته مع الماء الموجود في الخزان.
- يتم استخراج الماء الساخن من الخزان للاستخدام بواسطة صنبور، ويُعاد ملء الخزان بالماء البارد لمواصلة الدورة.
طريقة تركيب المجمعات الشمسية
تركيب المجمع الشمسي يتطلب خبراء لضمان التركيب الفعال والمتين، وفيما يلي طريقة تركيب المجمعات الشمسية:
- يبدأ العمل بتحديد اتجاه المجمع لتلقي أقصى قدر من أشعة الشمس.
- ثم يتم حساب زوايا التثبيت لضمان أفضل أداء للمجمع.
- يتم تركيب الألواح بدقة عالية بواسطة فريق محترف.
- يتم توصيل الخلايا الشمسية لتأمين التشغيل الفعّال.
- يتم ربط المجمع بمحول يحول التيار لاستخدامه العملي في المنزل.
أنواع المجمعات الشمسية
هناك أنواع مختلفة من المجمعات الشمسية المستخدمة لتجميع الحرارة وتشمل كا يأتي:
1- مجمعات الألواح المسطحة
مجمعات الألواح المسطحة، التي ابتكرتها هوتيل وويلير في عام 1950، هي الأكثر انتشاراً على الإطلاق وتتألف من:
- لوح مسطح داكن لامتصاص الطاقة الشمسية.
- غطاء شفاف يسمح بمرور الطاقة الشمسية ويحد من فقدان الحرارة.
- وسائل نقل الحرارة (مثل الهواء أو الماء)، ودعم أو غطاء لعزل الحرارة.
2- مجمعات التخزين الحراري المتكاملة
يعتمد التخزين بالمجمع المتكامل على وسيلة لتخزين الطاقة الحرارية داخله، حيث يتم زيادة السعة التخزينية عبر استخدام أنابيب كبيرة الحجم أو قنوات صندوق مستطيل كبيرة، مما يتيح توفير قدرة حرارية إضافية دون الحاجة إلى خزان معزول منفصل كما هو الحال في المجمع الحراري القياسي.
3- الأنابيب الفارغة
تتكون أنابيب الحرارة المفرغة من أنابيب زجاجية فارغة متعددة، حيث يحتوي كل منها على لوح امتصاص مدمج أو ملتحم بداخلها، وتنتقل الحرارة من الأنابيب الحرارية إلى السائل المنتقل، مثل الماء أو البروبيلين جليكول، في مبادل حراري يعرف باسم متعدد الجوانب أو متشعب ويحاط النظام بعازل ويغطى بصفائح معدنية أو بالبلاستيك للحماية من العوامل الخارجية.
إرشادات استخدام المجمع الشمسي
فيما يلي إرشادات استخدام المجمع الشمسي:
- في بداية التجربة يتم قراءة المحررين لقياس دخول وخروج الماء، ويُحرص على تحقيق توازن تقريبي بينهما.
- يجب تثبيت المجمع الشمسي بزاوية 90 درجة لضمان استقباله للأشعة الشمسية بشكل مثالي.
- لابد توجيه المصباح على بعد 50 سم من المجمع الشمسي، ويتم إضافة كمية من الماء تعادل 1 لتر في الخزان، ما يعادل 1 كيلوغرام.
مكونات المجمع الشمسي
المجمع الشمسي هو نظام يستخدم لتوليد الطاقة الحرارية أو الكهربائية باستخدام الطاقة الشمسية، ويتكون من عدة مكونات تعمل سويًا لتحويل طاقة الشمس إلى طاقة حرارية أو كهربائية قابلة للاستخدام في مختلف التطبيقات بما في ذلك:
- اللوح المسطح الداكن الذي يمتص الطاقة الشمسية.
- الغطاء الشفاف الذي يسمح للطاقة الشمسية بالمرور ويقلل من فقدان الحرارة.
- سائل لنقل الحرارة مثل الهواء أو الماء أو مضاد التجمد، ويستخدم لإزالة الحرارة من اللوح المسطح
- داعم أو غطاء لعزل الحرارة، وهو يساعد في الحفاظ على درجة حرارة مستقرة داخل المجمع الشمسي.
مميزات المجمع الشمسي
فيما يلي أبرز مميزات المجمع الشمسي التي تجعله اختيار ممتاز:
- يوفر المجمع الشمسي أعلى مستوى من الاستدامة، مما يساهم في تحقيق الاستفادة القصوى من مصادر الطاقة المتجددة.
- تتميز المجمعات الشمسية بجودة عالية في تحويل طاقة الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام بفاعلية وكفاءة.
- بفضل عمليات التركيب والتشغيل السلسة، توفر المجمعات الشمسية تجربة استخدام مريحة ومناسبة لمختلف الاحتياجات.
- تعزز المجمعات الشمسية كفاءة التسخين عبر توفير ماء ساخن بشكل مستمر، مما يجعلها حل مثالي للاستخدام في أنظمة التدفئة وتسخين المياه بكفاءة عالية.
الشروط الواجب توافرها في أجزاء المجمع الشمسي
للحصول على مجمع شمسي فعال يجب أن تتوافر الشروط التالية في أجزائه:
- المنصة الحرارية: تكون مصنوعة من مواد ذات قدرة عالية على امتصاص طاقة الشمس، مع سطح خشن أو مجعد لمزيد من الامتصاص ومقاومة للتآكل والتلف.
- الغطاء: يكون مصنوع من مواد ذات قدرة عالية على نقل الحرارة، مثل الزجاج أو البلاستيك الشفاف وبسمك مناسب يسمح بمرور أكبر قدر ممكن من طاقة الشمس مع تقليل فقدان الحرارة، ومقاوم للخدش والتلف والأشعة فوق البنفسجية.
- العازل الحراري: يكون مصنوع من مواد ذات قدرة عالية على منع فقدان الحرارة، مثل الصوف الزجاجي أو رغوة البولي يوريثين، بسمك مناسب لمنع أكبر قدر ممكن من فقدان الحرارة مع الحفاظ على وزن المجمع خفيف.
- الإطار: يكون مصنوع من مواد قوية وخفيفة الوزن مثل الألومنيوم أو الفولاذ بتصميم متين وقادر على تحمل الأحمال الخارجية ومعالج لمنع التآكل والتلف.
- الأنابيب: تكون مصنوعة من مواد ذات قدرة عالية على نقل الحرارة مثل النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ، بقطر مناسب لتوفير تدفق كافٍ للمياه أو السائل المبرد مع توصيلات محكمة لمنع التسرب.
حساب كفاءة المجمع الشمسي
يمكن حساب كفاءة المجمع الشمسي (η) باستخدام المعادلة التالية: η = (Q / (A * G)) * 100%، حيث Q هي الطاقة الحرارية المفيدة التي يمتصها سائل التسخين بالواط، A هي مساحة سطح المجمع الشمسي بالمتر المربع، و G هو الإشعاع الشمسي الساقط على سطح المجمع بالواط لكل متر مربع.
كيفية اختيار افضل مجمع شمسي
اختيار أفضل مجمع شمسي يتطلب النظر في المزيد من العوامل وهي:
- يجب أن تبدأ بتحديد احتياجاتك من الطاقة ومساحة الإنتاج المتاحة.
- ثم قم بالبحث عن الشركات الموثوقة المتخصصة في تركيب المجاميع الشمسية، واستفسر عن تجارب العملاء السابقين وتقييماتهم.
- كما ينبغي أن تنظر إلى جودة المواد والضمانات المقدمة.
- لا تنسَ التكلفة الإجمالية ومدى توافقها مع ميزانيتك وتوقعاتك للعائد على الاستثمار.
يظهر المجمع الشمسي كفاءته كمصدر للطاقة المستدامة والنظيفة، وهو يعكس التطور التكنولوجي والالتزام بالاستدامة البيئية ومن خلال تقنياته المتطورة وقدرته على توليد الطاقة بشكل فعال واقتصادي، حيث يمثل المجمع الشمسي حل مهم جداً في مواجهة التحديات البيئية وتلبية الاحتياجات المتزايدة للطاقة، وتحدثنا بالتفصيل في هذا المقال عن كيفية عمل المجمع الشمسي.
الاسئلة المتكررة عن كيفية عمل المجمع الشمسي
ما هي التقنيات المستخدمة في المجمع الشمسي لتسخين المياه؟
يستخدم المجمع الشمسي أنابيب شمسية معزولة تحتوي على وسط حراري لامتصاص الضوء الشمسي ونقل الحرارة إلى الماء.
ما هي أنواع المجمعات الشمسية المتوفرة؟
تتوفر أنواع مختلفة من المجمعات الشمسية، بما في ذلك المجمعات الشمسية الساخنة، والمجمعات الشمسية المتكاملة، وأنظمة التسخين الشمسي المركزية والمفردة.
ما هي خطوات تركيب المجمع الشمسي؟
تشمل خطوات التركيب تحديد الموقع المناسب، وتركيب الأنابيب الشمسية وخزان التخزين، وتوصيل النظام الهيدروليكي والكهربائي.
ما هي درجة حرارة المياه المحتفظ بها داخل المجمع الشمسي؟
يتم حفظ المياه داخل المجمع الشمسي في خزان عازل للحفاظ على درجة حرارتها، ويمكن تحكم في درجة حرارتها بواسطة نظام التحكم.
هل يمكن استخدام المجمع الشمسي لغرض التدفئة؟
نعم، يمكن استخدام المجمع الشمسي لتسخين المياه للاستخدام الصحي وكذلك لأغراض التدفئة في أنظمة التدفئة الأرضية والأنابيب الشمسية المشتركة.
