Published in: الطاقات المتجددة

تسخين المياه بالطاقة الشمسية – ما هي ميزاته؟

Author م. ثراء حمود

Published on: 3 سبتمبر، 2023

م. ثراء حمود

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

الطاقة الشمسية هي الإشعاع الشمسي الحراري المُنبعِث من الطبقة الخارجية للشمس الساقط على سطح الأرض، والقادر على إنتاج الطاقة واستخدامها في العديد من المجالات المختلفة، حيث يبلغ متوسُّط كثافة الإشعاع حوالي 1367 واط/متر² لسطحٍ متعامدٍ مع أشعة الشمس وعلى مستوى الأرض، ولكن شدّة هذا الإشعاع لا تصل بشكلٍ كاملٍ إلى الأرض، بل تكون أقلَّ في القيمة، وذلك يعود إلى عدة أسبابٍ منها:

1- الانتشار الإشعاعي الكبير بسبب المسافة البعيدة بين الشمس والأرض.

2- الغلاف الجوي الذي يُخفّف هذا الإشعاع إلى حوالي 1000 واط/متر².

3- السحب التي تتشتّت من كمية الإشعاع الواصل إلى الأرض. ^[1]

ما هي مجالات استخدام الطاقة الشمسية ؟

1- الاستخدامات المنزلية كتسخين المياه حيث تتراوح الحرارة للماء الساخن من 50 إلى 60 درجة مئوية.

2- تدفئة المنازل والأبنية، وكذلك المزارع والمداجن حيث تتراوح الحرارة الداخلية للأماكن المدفأة بين 25 و27 درجة مئوية.

3- إنتاج التيار الكهربائي عن طريق التحويل المباشر بواسطة الطاقة الكهروضوئية.

4- تكييف وتبريد الأماكن إضافةً للحاجات المنزلية والصناعية.

5- تركيزها واستخدامها في الصناعات المعدنية، كصهر المعادن.

6- تحويلها إلى طاقةٍ كهربائية لتشغيل المضخَّات المائية للأعمال الزراعية.

7- تقطير مياه البحر واستخلاص الأملاح منها.

8- استخدامها في وسائل النقل والمواصلات. ^[1]

ما هي عيوب الطاقة الشمسية؟

1- التكاليف الأولية لشرائها مرتفعة.

2- عدم توفُّر الشمس في كل مكان في العالم بشكل جيد.

3- عدم توفرها في الليل والأيام الغائمة.

4- تواجه الألواح الشمسية مشكلة التعرُّض للأوساخ والغبار مما يُقلّل من مردودها.

5- مشكلة التآكل في الألواح الشمسية بسبب الأملاح الموجودة في المياه المستخدمة.

6- تحتاج إلى مساحاتٍ كبيرةٍ لتركيبها. ^[1]

ما هي ميزات تسخين المياه بالطاقة الشمسية؟

1- مصدرها متجدِّدٌ ونظيف.

2- لا تتطلب الكثير من الصيانة، فقد تقتصر على التكلفة الأولية.

3- سهولة ومرونة هذه التقنية (صيانة +تركيب).

4- ذات عمر تشغيلي طويل.

5- استخدامها يحقُّق تطوراً وتقدماً اقتصادياً.

6- لا يُخلِّف استخدامها انبعاثاتٍ مُلوّثة. ^[1]

المجمعات الحرارية الشمسية لتسخين المياه

تكمن مهمَّة المجمع الشمسي في التقاط الأشعة الشمسية، وتحويلها إلى طاقةٍ حرارية، حيث يتألف المجمع المحلي من صفيحة من الحديد الأسود، والأنابيب الحديدية، والصفيحة الماصّة المطلية بطلاء أسود لزيادة الامتصاصية، ولدينا ثلاثة أنواع من المجمّعات الشمسية هي:

1- المجمّعات المسطحة

تُعتبر من أكثر المجمّعات الشمسية انتشاراً، وذلك لسهولة تصنيعها وانخفاض سعرها، وكما أنها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب درجة حرارة منخفضة نسبياً حوالي 100 درجة مئوية بشكل خاص في المنازل، لها شكل مستوي، وتحتوي بداخلها على مائع غالباً ما يكون ماءً أو مزيج الماء لمقاومة التجمُّد كما في المجمعات السائلة أو الهواء كما في المجمعات الغازية.

المكونات

1- الغطاء الشفاف الذي يسمح بتمرير الأشعة الشمسية للوصول إلى الماصّ.

2- الصفيحة الماصّة (أي السطح القادر على امتصاص الأشعة الواردة ونقلها إلى وسيط نقل الحرارة)، تُصنع عادةً من النحاس أو الفولاذ غير القابل للصدأ.

3- أنابيب الجريان التي تثبَّت على الصفيحة الماصّة إما باللحام أو التثبيت الميكانيكي حيث يمر وسيط نقل الحرارة فيه.

4- العازل الحراري الذي يُقلّل من الضياع الحراري من اللاقط، وبالتالي يحافظ على مردودٍ أفضل. ^[3]

2- المجمّعات المفرغة

ولها نوعان:

1- اللواقط الزجاجية المُفرغة ذات أنبوب الجريان المزدوج: هو عبارة عن أنبوبين يُلحمان معاً من إحدى نهايتهما، والمنطقة بين هذين الأنبوبين مفرغة من الهواء مما يعطيه ميزة العزل التام عن الوسط المحيط والضياع الحراري قليل، وتمتاز هذه الأنابيب بسهولة الاستخدام والتكلفة القليلة.

2- اللواقط المُفرَغة ذات الأنبوب الحراري: تتألف هذه اللواقط من أسطوانةٍ زجاجيةٍ يتوسّطها أنبوبٌ حراريّ مُجوّف مصنوع من النحاس ومُفرَغٌ من الهواء للحصول على ضغطٍ منخفض وغليانٍ سريع للسائل الحراري، يتبخر المائع ويرتفع البخار إلى قمة الأنبوب، وبالتالي تنتقل الحرارة إلى الماء المُراد تسخينه.

3- المجمّعات المركزة

يستخدم هذا النوع من المجمّعات في محطات الطاقة الحرارية الشمسية لتسخين المياه، لأنها تنتج حرارةً عاليةً، وذلك من خلال تركيزها على سطح صغير نسبياً، فهي تستفيد من الأشعة المباشرة فقط، وتحتاج إلى تجهيزاتٍ لمتابعة حركة الشمس. ^[2]