تستغل الطاقة الشمسية الحرارية الحرارة المنبعثة من الشمس وتُستخدم في مختلف قطاعات الحياة البشرية، بما في ذلك القطاعات السكنية والتجارية والصناعية. ولكن هذا ليس كل شيء. تعمل الطاقة الشمسية الحرارية وفقًا لمبدأ، مما يُنتج عنه فوائد متعددة. إذًا، كيف تعمل الطاقة الشمسية الحرارية؟ اقرأ المقال لمعرفة تطبيقات الطاقة الشمسية الحرارية ومعلومات أخرى ذات صلة بها.
ما هو مبدأ الطاقة الشمسية الحرارية؟
على الرغم من بساطة أساسيات تقنية الطاقة الشمسية الحرارية، إلا أن تصميم نظام يمتص الطاقة الشمسية بكفاءة ويحولها إلى ماء ساخن يتطلب تقنيات متطورة. وتتمثل المرحلة الأولى في هذه العملية، التي تحول الطاقة الشمسية إلى مورد قابل للاستخدام، في تركيب الألواح الشمسية.
تعمل أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية المنزلية عن طريق تجميع الإشعاع الشمسي عبر مجمعات مثبتة على السطح. يُسخّن السائل، الذي يُضخّ عبر المجمعات، في دائرة محكمة الغلق داخل ملف داخل أسطوانة ماء ساخن مصممة خصيصًا، بواسطة هذه الطاقة. بعد ذلك، يُحفظ الماء الساخن في الحاوية لحين الحاجة إليه. بعد فهم مبدأ الطاقة الشمسية الحرارية، أنت الآن جاهز لتعلم كيفية عملها.
كيف تعمل الطاقة الشمسية الحرارية؟
إذًا، كيف تعمل الطاقة الشمسية الحرارية؟ المبدأ الأساسي وراء التدفئة الشمسية الحرارية هو استخدام طاقة الشمس لتوليد الحرارة، والتي تُنقل بدورها إلى نظام التدفئة في منزلك أو مكان عملك على شكل ماء ساخن وتدفئة للمنطقة.
بالإضافة إلى الغلاية أو المجمع الشمسي أو سخان الماء، تُعدّ الألواح الشمسية المثبتة على السطح المصدر الرئيسي لإنتاج الحرارة . يقوم المجمع الشمسي بتسخين سائل ناقل، عادةً ما يكون مزيجًا من الماء والجليكول (مانع التجمد)، لمنع تجمد الماء، وذلك باستخدام أشعة الشمس. تُستخدم المضخات لنقل الماء الدافئ من المجمعات إلى مبادل حراري موجود داخل خزان المياه المنزلي. ثم يُسخّن الماء داخل الخزان بواسطة حرارة المبادل. بعد أن يفقد السائل حرارته، يعود الماء إلى المجمعات لإعادة تسخينه. وعندما تتوفر كمية كافية من الحرارة، يضمن جهاز تحكم تدفق السائل إلى المجمع.
ما هي مكونات الطاقة الشمسية الحرارية؟
المكونات الحرارية الشمسية هي:
1. الجامع
يُركّب المجمّع، وهو الجزء الأساسي من نظام الطاقة الشمسية الحرارية، عادةً على سطح المبنى. ويحتوي المجمّع على أنابيب زجاجية مُقوّاة مطلية بطبقة خاصة لجمع الإشعاع الشمسي الذي يُمكن تحويله لاحقاً إلى حرارة.
2. حاوية معزولة
لمنع تسرب الحرارة، ستُغلّف الأنابيب بحاوية معزولة. وسيُستخدم مانع تجمد صديق للبيئة كمكوّن من مكوّنات سائل نقل الحرارة الذي يدور عبر الأنابيب وعبر المُجمّع وخزان الماء الساخن.
3. حاويات الماء الساخن
يُستخدم نوعان مختلفان من خزانات الماء الساخن . يُستخدم النوع الأول لتسخين مياه الشرب، ويتكون عادةً من مبادل حراري وأسطوانة فولاذية مملوءة بالماء. أما النوع الثاني فهو خزان مُدمج يُوفر الماء الساخن لنظام التدفئة بالإضافة إلى مياه الشرب. وللحفاظ على الماء مُنفصلاً للاستخدامات المختلفة، يحتوي هذا الخزان المُزدوج على خزانين أصغر حجماً بداخله.
4. مبادل حراري
بالإضافة إلى ذلك، سيكون هناك مبادلان حراريان متصلان بالفرن والمجمعات. سيتم توصيل الغلاية بالمبادل العلوي وجهاز تسخين المياه بالطاقة الشمسية بالمبادل السفلي.
5. وحدة التحكم الحرارية الشمسية
يمكن لجهاز تحكم شمسي حراري قابل للأتمتة إدارة النظام بأكمله. يقوم الجهاز بتشغيل المضخة فورًا وإرسال سائل النقل المُسخّن في المُجمّع إلى خزان الماء الساخن عندما تصل درجة حرارة المُجمّع إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة خزان التخزين. يمكن تخزين ما يصل إلى 30 جالونًا في خزان تخزين قياسي لكل مُجمّع. والآن، دعونا نرى: هل الطاقة الشمسية الحرارية تعمل بتيار متردد أم تيار مستمر؟
اقرأ أيضاً: الطاقة الشمسية مقابل الطاقة الحرارية الأرضية: أيهما الأنسب لك؟
هل الطاقة الشمسية الحرارية عبارة عن تيار متردد أو تيار مستمر؟
نعميُطرح عادةً سؤال: هل الطاقة الشمسية الحرارية تيار متردد أم تيار مستمر؟ ولحسن الحظ، التيار المباشر يتم توليدها بواسطة الألواح الشمسية عند سطوع الشمس عليها، مما يحفز حركة الإلكترونات التي تُنتج تيارًا كهربائيًا. يكون التيار مباشرًا لأن جميع هذه الإلكترونات تتحرك بنفس الاتجاه.
ما مدى فعالية الطاقة الشمسية الحرارية؟
إذا كانت لديك شكوك حول كيفية عمل الطاقة الشمسية الحرارية، فاقرأ ما يلي حيث يناقش مدى فعالية الطاقة الشمسية الحرارية؟ تتميز الألواح الشمسية الحرارية بفعاليتها في نواحٍ عديدة:
- تعتبر الطاقة الشمسية الكهروضوئية أقل كفاءة من حيث المساحة من الطاقة الشمسية الحرارية.
- يمكن أن تكون أكثر فعالية بنسبة تصل إلى 70٪ من الطاقة الشمسية الكهروضوئية في التقاط الحرارة من الشمس.
- التقنية الفعلية أبسط من الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
- إنها الطرق المثالية لتسخين المياه.
- كما أنها ذات قيمة كبيرة للشركات.
اقرأ أيضاً: ما هي الطاقة الشمسية المركزة (CSP)؟
ما هي فوائد الطاقة الشمسية الحرارية؟
بعد أن تعلمنا مدى فعالية الطاقة الشمسية الحرارية، دعونا نرى أيضًا فوائد الطاقة الشمسية الحرارية-
- طاقة غير محدودة مع تكاليف تشغيل منخفضة
- لا توجد إصدارات CO2 أثناء التشغيل
- توفير التكاليف من تسخين المياه مع ما يصل إلى 60٪ أقل من الكهرباء
- انخفاض استخدام الطاقة الأحفورية
- يمكن للعديد من الأجهزة الحالية دمج أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية.
- تعمل الأجهزة الحديثة بفعالية على مدار العام.
- ونظرا لأن جزءا من ميزانية الطاقة يتم إنتاجه من خلال الطاقة الشمسية، فإن هناك انخفاضا في مخاطر تغير الأسعار في أسواق السلع الأساسية المتعلقة بالطاقة.
انظر أيضًا: 5 فوائد لألواح الطاقة الشمسية على أسطح المنازل
ما هي تطبيقات الطاقة الشمسية الحرارية؟
بعد أن تعرفتم على آلية عمل الطاقة الشمسية الحرارية، لننتقل إلى تطبيقاتها. تُولّد الطاقة الشمسية الحرارية الحرارة باستخدام طاقة الشمس. تُطبّق هذه التقنية في كلٍّ من القطاعات الصناعية والسكنية والتجارية. إليك قائمة بتطبيقات الطاقة الشمسية الحرارية:
1. توليد الكهرباء
تُعد محطة الطاقة الشمسية المركزة نوعًا من محطات الطاقة الحرارية المستخدمة لإنتاج الطاقة . وتستخدم هذه المحطات مُجمِّعات الطاقة الشمسية الحرارية لاكتساب الحرارة.
2. تدفئة حمامات السباحة
قد يستهلك تسخين حوض السباحة كمية كبيرة من الكهرباء . وفي بعض الدول، يُحظر تسخين مصادر الطاقة غير المتجددة. ويمكن تحسين كفاءة تسخين حوض السباحة واستهلاك الطاقة فيه باستخدام سخانات مياه موفرة للطاقة.
3. التدفئة الشمسية تحت الأرضية
يُعدّ التدفئة الشمسية تحت الأرضية أحد أنواع التدفئة الشمسية. ويتكون هذا النظام من مقاومة كهربائية تُثبّت على شبكة توضع أسفل البلاط أو أنواع أخرى من الأرضيات. ويمكن لأنظمة الطاقة الشمسية الحرارية تسخين المياه لتشغيل التدفئة تحت الأرضية.
4. إنتاج الماء الساخن المنزلي
يُعرف الماء المستخدم في المنزل باسم الماء الساخن المنزلي . لا نحتاج إلى أن يكون الماء ساخنًا جدًا في هذه الخطة. لذا، يمكننا استخدام مبادلات حرارية ومجمعات ألواح مسطحة يمكن تسخينها بسرعة على السطح. تتميز الأسطوانات الزجاجية بقدرة أفضل على تحمل الضغط الجوي نظرًا لشكلها.
5. تُستخدم الطاقة الحرارية الشمسية في التبريد والتكييف
تعتمد تقنية التبريد بالامتصاص في هذه الأنظمة على جمع الحرارة من مزيج محدد من المواد. وتعتمد هذه التقنية على التفاعلات الفيزيائية والكيميائية بين مادة ماصة ومادة تبريد. وتُفعّل هذه التقنية بواسطة الطاقة الحرارية، والتي تتمثل في الماء الساخن في حالة الطاقة الشمسية .
6. الطاقة الشمسية في تشغيل الزراعة
تعتبر الطاقة الشمسية مصدرًا حيويًا للطاقة للإنتاج الزراعي والمعالجة، وخاصة للتجفيف والتدفئة والتبريد.
7. الحرارة الشمسية للعمليات الصناعية
يمكن تلبية الطلب الكبير على الحرارة في العمليات الصناعية بواسطة أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية . ومن الناحية التقنية، تستطيع أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية في الدول المتقدمة تلبية حوالي نصف هذا الطلب على الطاقة من خلال توفير الماء الساخن والبخار.
8. تحلية المياه الحرارية بكفاءة باستخدام الطاقة الشمسية
تتوفر حالياً العديد من أنظمة تحلية المياه بالطاقة الشمسية. يمكنك تقليل نفقات التشغيل وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري باستخدام هذا الخيار.
بهذا، وصلتم إلى نهاية هذه المدونة. بعد قراءتها، ستكونون قد تعلمتم جميع المعلومات الأساسية حول الطاقة الشمسية الحرارية. الآن، تعرفتم على ماهية الطاقة الشمسية الحرارية وكيف تعمل.
