مجمعات الطاقة الشمسية، وتسمى أيضًا المجمعات الحرارية الشمسية، مصممة لتجميع الحرارة من ضوء الشمس. تُستخدم هذه التقنية عادةً لتسخين المياه، على الرغم من استخدامها أحيانًا لتسخين الهواء أو الطهي، وفي بعض التطبيقات لتوليد الطاقة. تقدم هذه المقالة إرشادات حول اختيار أداة التجميع المناسبة لاحتياجاتك، وتنظر في بعض أفضل الخيارات المتاحة في السوق اليوم.
جدول المحتويات
نمو سوق تجميع الطاقة الشمسية
مقدمة لمجمعات الطاقة الشمسية
جامعي الألواح الشمسية المسطحة
مجمعات الطاقة الشمسية الأنبوبية المفرغة
أنواع أخرى من مجمعات الطاقة الشمسية
الأفكار النهائية
نمو سوق تجميع الطاقة الشمسية
يُظهر سوق المجمعات الحرارية الشمسية نمواً صحياً خلال الفترة حتى عام 2031، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى الطلب المتزايد على مصادر الطاقة البديلة، وزيادة أسعار إمدادات مزودي طاقة الشبكة الوطنية. يعد توفير الماء الساخن أمرًا ضروريًا للكثيرين، خاصة في البلدان ذات المناخ البارد، في حين أن تدفئة حمامات السباحة تعد خيارًا عمليًا وفعالاً من حيث التكلفة لسوق المنتجات الفاخرة.
بين عامي 2022 و2031، معدل النمو السنوي المركب من المتوقع أن يبلغ معدل النمو السنوي المركب 5.1% من بقيمة 2021 بقيمة 21.5 مليار دولار أمريكي ل بقيمة 2031 بقيمة 35.3 مليار دولار أمريكي.
عندما يتم تقسيم هذا النمو حسب نوع المجمع الشمسي، فإن نفس البحث يُظهر أن تكنولوجيا الأنابيب المفرغة ستتجاوز نمو مجمعات الألواح المسطحة، مع وجود تقنيات أخرى لمجمعات المياه غير المزججة ومجمعات الهواء ذات حصة أصغر ونمو أقل.
وتعتمد الحصة السوقية الأولية على الاستخدام السكني، يليه الاستخدام التجاري والصناعي. ومن المتوقع أن تشهد منطقة آسيا والمحيط الهادئ الطلب الأكبر، خاصة الصين والهند بسبب النمو السكاني السريع وارتفاع الطلب على الطاقة والدعم الحكومي لأنظمة الطاقة المتجددة.
مقدمة لمجمعات الطاقة الشمسية
تم تصميم مجمعات الطاقة الشمسية لالتقاط الحرارة من أشعة الشمس ونقل تلك الحرارة بأكبر قدر ممكن من الكفاءة إلى تطبيق التدفئة. يتم استخدامها بشكل متكرر لتسخين المياه، أو لتزويد المنزل بالماء الساخن، أو لتدفئة حمام السباحة. داخل أنظمة تسخين المياه السكنيةيتم نقل المياه الساخنة من المجمع الشمسي إلى سخان المياه الرئيسي وتخزينه فيه لتكملة نظام تسخين المياه بالمنزل. في البلدان التي تعاني من عدم انتظام إمدادات الطاقة، لا يزال بإمكان المنزل إنتاج الماء الساخن خلال ساعات النهار، ويمكنه استكمال تسخين المياه عند توفر طاقة الشبكة الرئيسية.
هناك نوعان رئيسيان:
- مجمعات الألواح المسطحة التي تحتوي على مجموعة من الأنابيب المملوءة بالماء إما لتسخين المياه الصالحة للاستخدام مباشرة، أو لجمع الحرارة ونقلها.
- مجمعات الأنابيب المفرغة التي تستخدم وسط تجميع الحرارة، يتم الاحتفاظ بها داخل أنبوب زجاجي مملوء بالفراغ لتحسين التوصيل الحراري وتقليل فقدان الحرارة.
بعض اعتبارات الاختيار البسيطة هي:
- تعتبر مجمعات الأنابيب المفرغة أفضل الأنظمة للمناخات الباردة، وذلك بسبب كفاءة التقاط الحرارة. تعد مجمعات الألواح المسطحة خيارًا أكثر شيوعًا للمناخات الاستوائية وشبه الاستوائية.
- تقوم مجمعات الطاقة الشمسية الأنبوبية المفرغة بتسخين المياه بسرعة، تصل إلى حوالي 200 درجة فهرنهايت، في حين أن مجمعات الألواح المسطحة تكون أبطأ في التسخين، إلى حد أقصى أو حوالي 140 درجة فهرنهايت.
- عادة ما تكون المجمعات ذات الألواح المسطحة أرخص من المجمعات ذات الأنابيب المفرغة، على الرغم من أن التكلفة الإضافية يمكن تعويضها من خلال زيادة كفاءة توليد الحرارة.
عادة ما يتم قياس كفاءة مجمعات الطاقة الشمسية المختلفة باستخدام نماذج رياضية تستخدم عددًا من العوامل، بما في ذلك مساحة السطح ودرجة الحرارة المحيطة وعوامل أخرى مختلفة مثل الانعكاس. ومع ذلك، يمكن تلخيص العوامل الأساسية في كمية امتصاص الحرارة، مع مراعاة الطاقة الشمسية المتاحة، لإعطاء نسبة الكفاءة. نطاق من 60٪ إلى 80٪ أمر مرغوب فيه.
هذه الأرقام ليست متاحة بسهولة من البائعين، ولكن يمكن للمشتري أن يطلب المعلومات. ستعتمد عوامل الاختيار الأخرى على التطبيق المطلوب، والموقع/وضع المجمع، وظروف ضوء الشمس النموذجية. سيحتاج المستخدم إلى قياس المساحة المتاحة لتحديد حجم الوحدة وعددها الذي يمكن تركيبه.
يرجى ملاحظة أن مجمعات الطاقة الشمسية تختلف عن ألواح الخلايا الشمسية، أو الألواح الشمسية الكهروضوئية، التي تستخدم مجموعة من الخلايا الكهروضوئية (PV) التي تثير الإلكترونات. يتم بعد ذلك تمرير هذه الإلكترونات المثارة عبر دائرة لتوليد تيار مباشر يمكن استخدامه مباشرة لتشغيل الأجهزة، أو تخزينه في البطاريات لاستخدامه لاحقًا.
جامعي الألواح الشمسية المسطحة
تعد مجمعات الطاقة الشمسية ذات الألواح المسطحة خيارًا شائعًا جدًا لمجمعات الطاقة الشمسية الحرارية، حيث يمكن تركيب الألواح المسطحة الخاصة بها على الأسطح المائلة دون إنشاء شكل غير متساوٍ.
تتكون مجمعات الألواح المسطحة من:
- لوحة مسطحة مع لوحة امتصاص أمامية، ملونة داكنة للحصول على أفضل امتصاص للحرارة.
- غطاء واقي شفاف يسمح لضوء الشمس بالتسلل إلى لوحة الامتصاص. وهي عادة ما تكون غير عاكسة وقد تشتمل على مواد متخصصة مثل زجاج الصودا والجير المقسى.
- نظام تدوير أنابيب نحاسية يسمح للسائل بالدوران عبر اللوحة لإزالة وامتصاص الحرارة من اللوحة. في المناخات الحارة، يكون هذا السائل عادة ماء، بينما في المناخات الباردة قد يكون هذا مزيجًا مضادًا للتجمد. إذا تم استخدام سائل مضاد للتجمد بدلاً من الماء، يتم نقل الحرارة المجمعة إلى خزان الماء الساخن لتسخين الماء.
- العزل حول اللوحة لتقليل فقدان الحرارة.
مجمعات الطاقة الشمسية الأنبوبية المفرغة
مجمعات الطاقة الشمسية الأنبوبية المفرغة هي الأنواع الأكثر شعبية من المجمعات الحرارية الشمسية في جميع أنحاء العالم. تستخدم هذه المجمعات أنابيب زجاجية مرتبة بشكل متوازي، مع طبقتين من الأنابيب الزجاجية، واحدة داخل الأخرى. يتم إنشاء فراغ بين الأنبوبين الزجاجيين، مما يقلل من فقدان الحرارة. يوجد داخل الأنبوب الداخلي وسيلة ماصة تلتقط الحرارة لنقلها إلى نظام المياه.
تتميز أنظمة الأنابيب المفرغة بكفاءة عالية في امتصاص الحرارة من الطاقة الشمسية والاحتفاظ بها، كما أنها أكثر كفاءة بشكل عام من مجمعات الألواح المسطحة.
أنواع أخرى من مجمعات الطاقة الشمسية
المجمعات الحرارية الشمسية المكافئة
المجمعات المكافئة هي مجمعات حرارية شمسية تستخدم مرآة معدنية مصقولة مرتبة في شكل حوض أو طبق لتركيز أشعة الشمس مباشرة على نقطة ليتم تسخينها.
مجمعات الطاقة الشمسية من خلال حوض مكافئ منحنية على طول مستوى لتركيز الطاقة الشمسية على أنبوب يمتد على طول مركز الحوض الصغير. يتم تسخين السائل الموجود داخل الأنبوب بواسطة الأشعة المركزة ثم يتم نقله عبر الأنابيب لاستخدامه كمصدر للحرارة. في المثال أعلاه، أسعار البائع بالمتر المربع تتراوح بين 3 دولارات أمريكية للمتر المربع إلى 6 دولارات أمريكية للمتر المربع اعتمادًا على المبلغ المطلوب.
يتم تثبيت أحواض القطع المكافئ في مكانها، ومحاذاتها للشمس عند أفضل نقطة لضوء الشمس، وتحتاج إلى مساحة طولية للمصفوفة. لا يتم شراؤها عادة للاستخدام المنزلي، وعادة ما يكون لها تطبيقات للمزارع والاستخدامات التجارية الأخرى.
مجمعات الطاقة الشمسية ذات الطبق المكافئ، كما يوحي اسمها، هي على شكل طبق وتستخدم سطحًا مصقولًا عاكسًا لتركيز الشمس على نقطة واحدة أمام الطبق. وهي تستخدم عادة لتسخين المياه والطهي، كما في المثال أعلاه الذي يظهر غلاية موضوعة في النقطة المحورية للطبق.
بالنسبة لهواة الجمع، فإن الخيار الرئيسي للمشتري هو حجم الطبق المكافئ، حيث يوضح المثال أعلاه طبقًا بقطر 1.5 مترًا، ويباع بحوالي 23 دولارًا أمريكيًا. وتوصف هذه النماذج بأنها المواقد الشمسية للمطبخولكن يجب وضعها في مكان حيث تحصل على ما يكفي من ضوء الشمس. فهي صغيرة بما يكفي لتحريكها بسهولة، ويمكن تجميعها بسرعة للاستخدام المخصص.
تستخدم النماذج الأكثر تقدمًا طبقًا بقاعدة ثابتة، ولكن مزودًا بنظام تتبع لتدوير الطبق وزاويته لتتبع مسار الشمس. هذه النماذج ليست أطباق طبخ بسيطة، بل تقوم بدلاً من ذلك بجمع وتوجيه الحرارة المجمعة.
مجمعات المياه غير المزججة وجامعات الهواء
تستخدم مجمعات الطاقة الشمسية هذه ماصًا بنفس الطريقة التي تستخدم بها مجمعات الألواح المسطحة، ولكن بدون غطاء زجاجي. إنها طرق مبسطة لجمع الحرارة من أجل الماء أو لتوصيل الهواء الساخن إلى مبنى سكني أو تجاري.
الأفكار النهائية
تعد المجمعات الحرارية الشمسية عملية شراء شائعة بشكل متزايد للاستخدام السكني والتجاري. هذه الأنظمة رخيصة الثمن للشراء والتركيب، وتستفيد من مصدر الطاقة المتجددة المتاح بسهولة من الشمس. باستخدام الطاقة الشمسية مباشرة من ضوء الشمس، يقومون إما بتوجيه تلك الطاقة مباشرة لتسخين الماء أو الهواء أو حتى الطعام، أو توجيه الطاقة إلى وسيلة تجميع الحرارة التي يتم استخدامها بعد ذلك في أنظمة التدفئة.
بالنسبة للاستخدام الأكثر شيوعًا لتسخين المياه للاستخدام المنزلي، وللحمامات والاستحمام ولتدفئة حمامات السباحة، فإن الاختيارات الرئيسية هي المجمعات الحرارية الشمسية ذات الألواح المسطحة، أو المجمعات الحرارية الشمسية ذات الأنابيب المفرغة.
نظرًا لأن تقنية الأنابيب المفرغة تستخدم مساحة مفرغة لتحسين الالتقاط الحراري وتقليل فقدان الحرارة المشع، فهي تعتبر أكثر كفاءة من مجمعات الألواح المسطحة. فهي تسخن بشكل أسرع، وتصل إلى درجة حرارة أكبر، وتحتفظ بهذه الحرارة بشكل أكثر كفاءة. وبالمقارنة، فهي تكلف أكثر من جامعي الألواح المسطحة، ولكن يمكن حساب ذلك على أنها تنافسية للغاية على أساس دولار لكل وحدة حرارية.
سوف يرغب المشترون المحتملون أيضًا في استكشاف الخيارات الأخرى المتاحة، مثل مجمعات الطاقة الشمسية المكافئة أو مجمعات الهواء المبسطة، اعتمادًا على احتياجاتهم. لمزيد من المعلومات حول المجموعة الواسعة من مجمعات الطاقة الشمسية الحرارية المتوفرة في السوق، قم بزيارة صالة العرض عبر الإنترنت على Chovm.com.
