الطاقة الحرارية الشمسية: ما هي وكيف تعمل بالتفصيل

عندما نتحدث عن الطاقة الشمسية، فإننا في الغالب نفكر بشكل مباشر في الألواح الشمسية الكهروضوئية، وهي التي تولد الكهرباء. ومع ذلك، هناك نوع آخر من الطاقة الشمسية أقل شهرة ولكنه على نفس القدر من الأهمية: الطاقة الشمسية الحراريةوهو خيار فعال ونظيف يستخدم بشكل أساسي لتسخين المياه وتوليد الحرارة.

تلعب الطاقة الحرارية الشمسية دورًا أساسيًا في كل من القطاعين السكني والصناعي، مما يسمح بزيادة كفاءة الطاقة وتقليل استخدام الوقود الأحفوري. في هذا المقال نوضح كل شيء عن هذا النوع من الطاقة: عملها وخصائصها ومكوناتها ومزاياها.

ما هي الطاقة الحرارية الشمسية؟

الطاقة الحرارية الشمسية هي أ الطاقة المتجددة الذي يستخدم إشعاع الشمس لإنتاج الحرارة. وعلى عكس الطاقة الشمسية الكهروضوئية التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء، فإن الطاقة الحرارية الشمسية يسخن السائل من خلال التقاط الإشعاع الشمسي. يمكن لهذا السائل تسخين الماء أو توليد التدفئة أو حتى التبريد في أنظمة معينة.

وهذا النوع من الطاقة مفيد بشكل خاص في المناطق ذات الإشعاع الشمسي العالي، حيث يمكن استخدامه للاستخدام المنزلي وفي التطبيقات الصناعية. على سبيل المثال، تشير التقديرات إلى أن أكثر من 20% من استهلاك الطاقة في الفنادق والمستشفيات والمنازل يرتبط باستخدام الماء الساخن مما يدل على أهميته.

مكونات التركيب الحراري

لكي تعمل الطاقة الحرارية الشمسية بشكل صحيح، من الضروري أن يكون لديك منشأة مصممة لالتقاط الحرارة وتخزينها وتوزيعها. وفيما يلي، نسلط الضوء على المكونات الرئيسية لتركيب الطاقة الحرارية الشمسية.

الماسك

المجمع أو اللوحة الشمسية الحرارية هي المسؤولة عن ذلك امتصاص الإشعاع الشمسي ونقل الحرارة إلى السائل الذي يدور في الداخل. هناك عدة أنواع من المجمعات حسب كفاءتها وتقنيتها:

• المجمعات المسطحة: وهي الأكثر شيوعًا وتستخدم في تطبيقات الماء الساخن والتدفئة في المنازل.
• جامعات الأنابيب المفرغة: وهي أكثر كفاءة، خاصة في المناطق الباردة، وذلك بفضل عزلها المحسن.

دائره هيدروليكيه

تتكون الدائرة الهيدروليكية من أنابيب تنقل السائل الساخن من المجمع إلى المجمع، ثم تعود إلى اللوحة بمجرد أن يبرد. يعمل كدائرة مغلقة، مما يضمن عدم فقدان الحرارة.

مبادل حراري

يسمح هذا الجهاز بنقل حرارة سائل نقل الحرارة إلى الماء المستخدم في المنزل أو التركيب. يمكن أن تكون المبادلات داخلية (ملفات) أو خارجية، مثل مبادلات الألواح.

المجمع

وبما أن كمية الطاقة الشمسية تختلف على مدار اليوم، أ المجمع لتخزين الماء الساخن لحين الحاجة إليه. تم تصميم هذا الخزان لتقليل فقد الحرارة والحفاظ على الماء ساخنًا لعدة ساعات.

مضخات الدورة الدموية

للتأكد من أن السائل يدور بشكل صحيح من خلال النظام، مضخات الدورة الدموية. هذه تتغلب على مقاومات الدائرة وتسمح بالتدفق المستمر لسائل نقل الحرارة.

الطاقة المساعدة

في الأيام التي يكون فيها الإشعاع الشمسي منخفضًا، عادةً ما تحتوي المنشآت الحرارية الشمسية على نظام طاقة مساعد، مثل المرجل، والذي يمكنه توليد الحرارة في المواقف التي لا يكون فيها الإشعاع الشمسي كافيًا.

العناصر اللازمة للسلامة

يجب أن تحتوي منشآت الطاقة الحرارية الشمسية على سلسلة من عناصر السلامة لتجنب المشاكل المتعلقة بارتفاع درجة الحرارة أو ضغط النظام.

سفن التوسع

يزداد حجم السائل عند تسخينه، لذلك من الضروري الحصول على سفينة التوسع الذي يمتص هذه الزيادة ويمنع تلف الأنابيب. يمكن أن تكون أوعية التمدد مفتوحة أو مغلقة، والأخيرة هي الأكثر شيوعًا في المنشآت الحديثة.

صمامات الأمان

صمامات الأمان هي المسؤولة عن التحكم في ضغط النظام وإطلاق السوائل إذا تجاوزت حدود السلامة المقررة.

جلايكول

السائل المستخدم في معظم منشآت الطاقة الحرارية الشمسية هو خليط من الماء و جليكول. تسمح هذه المادة المضافة للسائل بتحمل درجات حرارة أقل من الصفر دون التجمد، وهو أمر ضروري في المناخات الباردة.

أحواض الحرارة

إذا كان السائل يسخن بشكل مفرط، فإن أحواض الحرارة فهي مسؤولة عن تحرير جزء من درجة الحرارة، مما يمنع التركيب من الوصول إلى مستويات خطيرة من الحرارة.

الفخاخ

تسمح المصارف إزالة الهواء التي تتراكم داخل النظام، مما يضمن الأداء الأمثل للدائرة الهيدروليكية.

التحكم الآلي

تتمتع أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية الأكثر تقدمًا بـ تحكم تلقائى الذي يقوم بمراقبة العناصر المختلفة للنظام مثل درجات حرارة المجمع أو المركم أو مضخات التدوير. بالإضافة إلى ذلك، يمكنه تنشيط أنظمة الطاقة المساعدة أو تبديد الطاقة حسب الحاجة.

بفضل الطاقة الحرارية الشمسية، يمكننا توليد الماء الساخن والتدفئة بطريقة أكثر استدامة. تستمر هذه التكنولوجيا في التقدم، مما يسمح لنا بتقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري بشكل متزايد وتقليل التأثير البيئي.